energieanalysen auf kläranlagen

Transcription

Betreiberworkshop Energieoptimierung und BHKWs am 19. Juni 2008 in Neuhausen
ENERGIEANALYSEN AUF KLÄRANLAGEN – VORAUSSETZUNGEN UND ANSATZPUNKTE FÜR EINE ENERGETISCHE
OPTIMIERUNG
Dipl.-Ing. Johann Flohr, Pforzheim
1 EINLEITUNG
Obwohl Kläranlagen zu nicht einmal 1 % am nationalen Energieverbrauch beteiligt sind und daher
selbst bei Nutzung aller Einsparpotenziale und der vollständigen Verstromung des Faulgases kein
bedeutender Beitrag zum Klimaschutz geleistet werden kann, kommt den Kläranlagen durch die Tatsache, zumindest bei kleineren und mittleren Kommunen den Hauptverbraucher an elektrischer Energie darzustellen, eine besondere Bedeutung zu. Das Umweltbundesamt nennt in seiner Presseinformation 04/2008 einen Anteil von durchschnittlich 20 % des Stromverbrauchs aller kommunalen Einrichtungen.
Durch eine Energieanalyse der Verbrauchsdaten und der Daten zur Eigenenergieerzeugung lässt sich
ein Vergleich zu anderen Kläranlagen ziehen und kann das Einsparpotenzial ermittelt und bilanziert
werden.
Bei allen Ansätzen zur Energieeinsparung auf Kläranlagen spielt der Betrieb eine Schlüsselrolle.
Nachhaltige Erfolge können nur erreicht werden, wenn es gelingt, das primäre Ziel der Abwasserreinigung in Einklang mit den energetischen Zielen zu bringen. Dem Betriebspersonal müssen die entsprechenden Daten verfügbar gemacht werden und es muss mit der energetischen Seite des Kläranlagenbetriebs vertraut gemacht, entsprechend qualifiziert und motiviert werden.
Im vorliegenden Vortrag werden die aus der praktischen Erfahrung eines Ingenieurbüros heraus gewonnen Erfahrungen zu den Voraussetzungen zur Durchführung von Energieanalysen auf Kläranlagen dargelegt und erläutert. Ansatzpunkte für eine energetische Optimierung werden an Hand von
Praxisbeispielen vorgestellt.
Energieanalysen auf Kläranlagen
Seite 1 von 13
2 VORGEHENSWEISE
Es empfiehlt sich, eine Energieanalyse in zwei Stufen zu bearbeiten.
Im Rahmen der Grobanalyse sollte neben der Aufnahme des Ist-Zustands die energetische Qualität
beurteilt werden. Dies geschieht i.d.R. in einer Gesamtbetrachtung und bezogen auf die einzelnen Anlagen- bzw. Verbrauchergruppen wie z.B. Einlaufhebewerk, mechanische Reinigung, biologische Reinigung etc.
Die Grobanalyse soll aufzeigen, in welchen Anlagenteilen das größte Einsparpotenzial erkennbar ist
und welche Einzelmaßnahmen, z.B. hinsichtlich der Verfahrenstechnik der Kläranlage sich als Sofortmaßnahmen ergeben.
Danach schließt sich die Feinanalyse an, welche vertieft Optimierungsmaßnahmen untersucht und
mit einem Maßnahmenkatalog und Empfehlungen zur kurzfristigen oder auch langfristigen Realisierung abschließt.
Grobanalyse
Feinanalyse
Realisierung
Sofort
Kurzfristig
Langfristig
Erfolgskontrolle
Abbildung 1: Gesamtablauf Analyse mit anschließender Realisierung
Seite 2 von 13
Die einzelnen Bearbeitungsschritte der Energieanalyse sind in nachstehender Abbildung zusammengefasst.
Ablauf Energieanalyse
•
Datenerhebung und -aufbereitung
•
Plausibilitätsprüfung
•
falls erforderlich Durchführen von ergänzenden Erhebungen und Messungen
•
Datenauswertung
•
Ermitteln von spezifischen Kennzahlen
(Benchmarks)
•
Beurteilen und Werten der Daten
•
Ursachenanalyse durchführen, Optimierungspotenzial ausarbeiten
•
Darstellen möglicher Maßnahmen, Maßnahmenkatalog
•
Prüfen Einsatz alternativer, ggf. regenerativer Energiequellen
•
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
•
Empfehlungen für Realisierung
•
Zusammenfassen in Berichtsform
Abbildung 2: Arbeitsschritte und Aktivitäten
Seite 3 von 13
3 VORAUSSETZUNGEN FÜR EINE ENERGIEANALYSE
Eine lückenlose, korrekte Daten- und Messwerterfassung vorausgesetzt – auf Schwachstellen in der
Datendokumentation wird nachfolgend eingegangen -, sollten für eine Energieanalyse folgende Daten
vorliegen:
•
•
Betriebsdaten

Betriebstagebücher der letzten 3 Jahre möglichst in digitaler Form mit einer Abschätzung
der prognostizierten künftigen Veränderungen; bei Anlagen mit einer Schlammfaulung
sind insbesondere korrekte Werte zur Entnahmeleistung der Vorklärung, sprich der Bilanzierung der CSB-Frachten im Zulauf zur Kläranlage und Zulauf der biologischen Reinigung von Bedeutung; die Einflüsse interner Rückbelastungen und sonstiger Stoffströme
sollten bekannt sein

Die Daten zu den Abwasservolumenströmen – Jahresschmutzwassermenge, Fremdwasseranteil, gesamte behandelte Abwassermenge müssen nachvollziehbar und den
ggfs. vorhandenen Hebewerken klar zuordenbar sein

Für die Plausibilitätsprüfung der einwohnerbezogenen Kennwerte und die Abschätzung
des im Klärschlamm enthaltenen Energiepotenzials sind die Schlammanfallmengen in
den einzelnen Behandlungsstufen und deren Zusammensetzung, insbesondere die Angaben zu deren Trockensubstanzgehalt und Glühverlust wichtig

Bezüglich der Schlammfaulungsanlagen sollten insbesondere auch die Daten zum Glühverlust vor und nach der Faulung, den organischen Säuren und dem pH-Wert regelmäßig
und in kurzen Abständen erfasst werden, da eine korrekte Bewertung der zugeführten
organischen Trockensubstanz und des Abbaugrades für die Plausibilitätsprüfung der
Gasanfallmessungen – die leider häufig nur „Hausnummern“ messen – notwendig ist
Technische Daten

auch aus anderen Gründen heraus empfiehlt es sich, auf eine aktuelle Verbraucher- bzw.
Aggregatelisten zurückgreifen zu können

sehr häufig sind auf den Kläranlagen auch Anlagen zur Regenwasserbehandlung vorhanden; da die landes- und bundesweiten Kennwerte für den Energieverbrauch jedoch
nach der Abwasserreinigung und Schlammbehandlung ausgerichtet sind, sollte der
Stromverbrauch dieser Anlagenteile bekannt sein, damit die Verbräuche entsprechend
bereinigt werden können

Technische Daten Hebewerke – Zulaufhebewerk, Zwischenhebewerke, Hochwasserpumpwerke; je nach Anlagenkonfiguration können die Hebewerke als Hauptenergieverbraucher ausgemacht werden, häufig werden diese aber nicht getrennt erfasst, sondern sind in den Verbräuchen der Verbrauchergruppen mechanische oder biologische
Reinigung enthalten; eine Beurteilung des Energieeintrags für die Belüftung wird dadurch
erschwert bzw. ungenau; eine Aufzeichnung der Betriebsstunden sollte selbstverständlich sein
Seite 4 von 13
•

Technische Daten Gebläse / Belüftung; neben den i. d. R. vorliegenden Daten zu den installierten Gebläsen und Belüftungszeiten kann zur Beurteilung der Energieeffizienz die
Beobachtung und Dokumentation der Druckverhältnisse und die Veränderung der erforderlichen Gebläselaufzeiten wesentliche Erkenntnisse liefern; in Zweifelsfällen ist über
eine Sauerstoffeintragsmessung nachzudenken

Technische Daten sonstiger spezifischer Verbraucher; sind besondere Anlagenteile oder
Behandlungsstufen auf der Kläranlage vorhanden, z.B. Filtrationsanlagen, Schlammtrocknungsanlagen etc., sollte eine getrennte Erfassung des Energieverbrauchs selbstverständlich sein

Daten zur Energieversorgung der Kläranlage

Gasmessungen; neben den Gasanfall und Gasverbrauchsmessungen sollte eine aktuelle
Gasanalyse mit Brennwert, Heizwert, Methangehalt vorliegen

Technische Daten Wärme-/Stromerzeugung; beim Betrieb von BHKWs sind neben den
üblichen technischen Angaben (Wirkungsgrad/Leistung, insgesamt, elektrisch, thermisch), Angaben zum Gasverbrauch bei Volllast bzw. Teillast interessant, um auch hier
eine weitere Plausibilitätskontrolle für den Gasanfall bzw. gemessenen Gasverbrauch
durchführen zu können, technische Dokumentationsunterlagen, die Betriebsstunden bei
Teillast / Volllast und Angaben zum Wartungsvertrag bzw. Wartungskosten sollten ebenfalls berücksichtigt werden, gleiches gilt für die Daten zur Heizung mit Brennerleistung,
Kesselleistung und Angaben zum Gasverbrauch

Stromenergie;
neben den Daten zum Strombezug und zur Eigenstromerzeugung – Stromliefervertrag,
HT- / NT-Zeiten, Stromverbrauch und Stromkosten insgesamt p.a. der letzten 3 Jahre
(Monats- und Jahresabrechnungen) - sind die Einzelverbräuche der Verbrauchergruppen
wichtig; bei den von Weber-Ingenieuren durchgeführten Energieanalysen musste leider
sehr häufig festgestellt werden, dass diese Daten entweder nicht erfasst, elektrotechnisch nicht richtig erfasst, schlichtweg nicht aufgeschrieben und nicht im PLS dokumentiert werden; sieht der Liefervertrag einen hohen Kostenanteil an Leistungsbereitstellung
vor, kann im Rahmen der Feinanalyse die Möglichkeit zur Einführung eines Stromlastmanagements geprüft werden

Sonstige Energieträger; die Bezugsmengen für die sonstigen Energieträger, z.B. Heizöl
und Diesel werden zwar dokumentiert, meist handelt es sich aber um die Liefermengen
und nicht um die Monats- und Jahresverbrauchsmengen
Sonstige Angaben

Neben einer allgemeinen Beschreibung der Kläranlage, hier am Besten in Form einer
ausführlichen Betriebsanweisung sind Lagepläne und Verfahrensfließbilder für die Bearbeitung der Energieanalyse hilfreich; für die Wertung des Datenmaterials sind besondere
Betriebszustände - z.B. eine Außerbetriebnahme der Vorklärung - und Maßnahmen - z.B.
die Zugabe von Co-Fermenten - zu dokumentieren

sinnvoll ist es, sich bereits im Vorfeld einer Energieanalyse über vorhandene bzw. technisch mögliche Anschlüsse z.B. an umliegende Erdgas- und Nahwärmenetze Gedanken
zu machen
Seite 5 von 13

Falls die Nutzung regenerativer Energiequellen in Erwägung gezogen wird, sind die Daten zum Jahresverlauf der Abwassertemperatur, den Grundflächen und der Ausrichtung
vorhandener Dachflächen oder den im Normalbetrieb verfügbaren Absturzhöhen des
Abwassers zu erheben.
Seite 6 von 13
4 KENNWERTE FÜR DIE BEURTEILUNG DER ENERGIEEFFIZIENZ
Zur Ermittlung der Ansatzpunkte für eine Energieoptimierung sind im Rahmen der Energieanalyse zunächst die kläranlagenspezifischen Kennwerte für den Energieverbrauch zu ermitteln. Als Kennwerte,
die mit Ergebnissen aus landesweiten und bundesweiten Analysen und Erhebungen verglichen werden können, bieten sich neben der einwohnerwertbezogenen Betrachtung (Ist- und Ausbau-EW) zur
Plausibilitätsprüfung auch der Bezug auf die behandelten Wassermengen oder die abgebauten Frachten an.
In den nachfolgenden Tabellen sind die wesentlichen Orientierungswerte für den EW-spezifischen
Stromverbrauch in Form von Toleranz- und Zielwerten zusammengestellt. Dabei wird nach der Ausbaugröße und dem biologischen Reinigungsverfahren unterschieden.
Die Einteilung der Größenklassen (GK) entspricht hierbei der Festlegung im Anhang zur Abwasserverordnung (EW = Ausbau-EW).
Tabelle 1:
Einteilung in Größenklassen
GK 1
< 1.000 EW
< 60 kg BSB5/d
GK 2
1.000 – 5.000 EW
60 – 300 kg BSB5/d
GK 3
5.001 – 10.000 EW
> 300 – 600 kg BSB5/d
GK 4
10.001 – 100.000 EW
> 600 – 6.000 kg BSB5/d
GK 5
> 100.000 EW
> 6.000 kg BSB5/d
Die biologischen Grundverfahren sind wie folgt abgekürzt:
Ab
belüftete Abwasserteiche
RTK
Rotationstauchkörper
T
Tropfkörper
Bs
Belebungsanlagen mit gleichzeitiger aerober Schlammstabilisierung
B
Belebungsanlagen mit getrennter Schlammstabilisierung.
B+T
zweistufige biologische Anlagen in der Kombination „Belebungsteil – Tropfkörper“ oder umgekehrt
SBR-Anlagen sind dabei je nach Anlagentyp (mit oder ohne getrennte Schlammstabilisierung) dem
Grundverfahren Bs oder B zuzuordnen.
Aus Tabelle 2 und Tabelle 3 ist abzulesen, dass der spezifische Stromverbrauch vor allem in den unteren Größenklassen stark durch das biologische Grundverfahren beeinflusst wird.
Die Tabellenwerte basieren auf einer Studie der Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg
zum Stromverbrauch auf kommunalen Kläranlagen [1].
Seite 7 von 13
372
400
1083 Anlagen
350
Anzahl Kläranlagen
300
243
250
205
200
150
112
100
49
50
38
19
19
10
5
2
1
2
3
3
>1
40
>7
080
>8
090
>9
010
0
>1
00
-1
10
>1
10
-1
20
>1
20
-1
30
>1
30
-1
40
>4
050
>5
060
>6
070
>2
030
>3
040
<1
0
>1
020
0
spezifischer Stromverbrauch in kWh/(Ausbau-EW*a)
Abbildung 3: Spezifischer Stromverbrauch bezogen auf Ausbau-EW,
Häufigkeitsdichte nach [1]
In einer neueren Studie des Umweltbundesamtes [2] wurden entsprechende Orientierungswerte für
die Größenklassen 3 bis 5 vorgeschlagen (grau hinterlegt = Reinigungsziel Nitrifikation, restliche Werte = Reinigungsziel Stickstoffelimination). Die hierin vorgeschlagenen niedrigeren Werte wurden in die
Tabellen übernommen (kursiv gedruckt).
Tabelle 2
Toleranzwerte für den spezifischen Stromverbrauch in kWh/(EW *a)
in Abhängigkeit von Ausbaugröße und biologischem Grundverfahren [4]
Grundverfahren
GK 1
GK 2
GK 3
GK 4
GK 5
Ab
50
40
35
ß
ß
RTK
34
23
18
ß
ß
T
32
25
20
25
25
Bs
75
50
40
34
ß
B
65
45
35
30
27
B+T
ß
ß
ß
30
26
Seite 8 von 13
Tabelle 3:
Zielwerte für den spezifischen Stromverbrauch in kWh/(EW * a)
in Abhängigkeit von Ausbaugröße und biologischem Grundverfahren [4]
Grundverfahren
GK 1
GK 2
GK 3
GK 4
GK 5
Ab
32
30
25
ß
ß
RTK
23
18
15
ß
ß
T
20
17
15
18
18
Bs
48
36
25
22
ß
B
40
30
20
18
18
B+T
ß
ß
ß
18
18
Die Toleranzwerte können als mittlere Verbrauchswerte aller Anlagen in den jeweiligen Gruppen betrachtet werden.
Bei den Zielwerten handelt es sich nicht um theoretische Bestwerte, sondern um Verbrauchswerte,
die schon heute auf mehr als 10 % der Anlagen unterschritten werden.
Angesichts oft schwieriger Randbedingungen wird es allerdings nicht möglich sein, die Zielwerte auf
allen Kläranlagen mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand zu erreichen.
Über den Vergleich des ermittelten Ist-Wertes mit den entsprechenden Tabellenangaben kann zunächst die energetische Gesamtsituation einer Kläranlage bewertet werden.
Liegt der spezifische Verbrauchswert einer Kläranlage über dem betreffenden Toleranzwert, kann von
einem mittleren bis hohen Einsparpotenzial ausgegangen werden, das sich über den Vergleich mit
dem zugehörigen Zielwert grob abschätzen lässt. In einem solchen Fall besteht dringender Handlungsbedarf. Bewegt sich dagegen der tatsächliche Verbrauchswert im Bereich des Zielwerts, ist das
noch vorhandene Einsparpotenzial eher gering.
Zu den Tabellenwerten ist einschränkend anzumerken, dass diese zwar auch den Stromverbrauch
von Einlauf- und Zwischenhebewerken beinhalten, allerdings nur soweit deren Förderhöhen 3 m nicht
überschreitet. Nicht berücksichtigt ist der Verbrauch zusätzlicher Verfahrensschritte, die weniger verbreitet sind, wie zum Beispiel die
-
Abwasserfiltration
-
Abwasserdesinfektion,
-
Schlammdesintegration und
-
Schlammtrocknung oder auch
-
Abluftbehandlung.
Der spezifische Stromverbrauch von Pumpwerken und Sonderverfahren und damit deren mögliche
Anteile am Gesamtstromverbrauch muss getrennt ermittelt werden und kann durch entsprechende
Zuschläge bei den Zielwerten für den Gesamtstromverbrauch berücksichtigt werden [4].
Zur Ermittlung der wesentlichen Ansatzpunkte für eine energetische Optimierung dienen die über den
Verbrauch einzelner Anlagengruppen gewonnen Kennwerte der Verbrauchergruppen. Hierüber lässt
Seite 9 von 13
sich meist sehr schnell eine Aussage darüber gewinnen, wo verfahrens-, anlagentechnisch oder auch
bautechnisch bedingt energetische Schwachpunkte vorhanden sind.
Über die im Rahmen der Grobanalyse gefundenen Lösungsansätze kann dann festgelegt werden, in
welchen Bereichen eine Feinanalyse und damit ein verfeinerter Ansatz für die energetische Optimierung zu treffen ist.
Seite 10 von 13
5 ANSATZPUNKTE FÜR EINE ENERGETISCHE OPTIMIERUNG
In den von Weber-Ingenieuren durchgeführten Energieanalysen ergaben sich auf allen Kläranlagen
Ansatzpunkte für eine Optimierung. Auch wenn teilweise nur kleinere Verbesserungen mit den einzelnen Maßnahmen verbunden sind, kann aus den bisher gewonnnen Erfahrungen heraus bestätigt werden, dass die im Bericht „Steigerung der Energieeffizienz auf kommunalen Kläranlage“ [2] genannte
mittlere Einsparung von 10 bis 20 % an Stromenergie auch auf den von Weber-Ingenieuren untersuchten Kläranlagen möglich ist. Beispiele für erkannte Ansatzpunkte zur Energieminimierung sind
nachfolgend wiedergegeben.
Vorgeschaltete DN - Intermittierende DN
Bei einer Kläranlage mit einer Ausbaugröße von knapp 30.000 EW wurde festgestellt, dass durch die
erforderliche Rezirkulation für die vorgeschaltete Denitrifikation auf Grund der vorhandenen verfahrenstechnischen Bedingungen - eine gemeinsame Druckleitung für Zwischenhebewerk, Rücklaufschlamm- und Kreislaufwasserpumpwerk - regelmäßig Betriebsbedingungen auftreten, in denen die
Pumpen nicht mehr im optimalen Betriebsbereich arbeiten. Als Lösung bietet sich an, zumindest an
den Tagen, an denen Mischwasser behandelt werden muss, die Denitrifikation durch eine intermittierende Belüftung sicherzustellen. Denkbar ist eine zulaufabhängige Steuerung der Betriebsweise, ab
der bei einer bestimmten Zulaufwassermenge von vorgeschalteter auf intermittierende Denitrifikation
gewechselt wird. Da eine Erneuerung der Belüftung ansteht, kann dies entsprechend umgesetzt werden.
Umwälzung in der Nitrifikationszone
Durch das Abschalten der Rührwerke in der Nitritifikationszone konnten bei einer Kläranlage mit einer
Ausbaugröße von ca. 45.000 EW jährlich rund 200.000 kWh eingespart werden. Das Verfahrenskonzept sah einen Parallelbetrieb von Belüftung und getrennter Umwälzung vor. Eine Überprüfung zeigte,
dass die Umwälzung durch die eingetragene Luft ausreichend war.
Belüfterverschleiß und erhöhte Druckverluste
Häufig kann festgestellt werden, dass die Gebläse für die Druckluftbelüftung in einem Druckbereich
arbeiten, der höher liegt als bei den Reinwasserversuchen und kurz nach Inbetriebnahme. Verantwortlich sind hier z.B. Ablagerungen auf den Belüfterelementen oder Materialveränderungen während
der Betriebszeit [3]. Durch permanente Überwachung der Druck- und Energieverbrauchswerte sowie
der Gebläselaufzeiten in der Belüftungsphasen lassen sich Betriebsstörungen und Verschleiß schnell
erkennen. Vorteilhaft erweist es sich dann, abhängig vom zeitlich festgestellten Anstieg des Energieverbrauchs für den Belüftertausch turnusmäßige Reinigungs- bzw. Wechselintervalle zu planen.
Trockensubstanzgehalt in der biologischen Stufe
Ein Ansatzpunkt für eine energetische Optimierung liegt häufig auch in der Einstellung des Trockensubstanzgehaltes in der biologischen Reinigung. Gerade bei kleineren Kläranlagen unter 10.000 EW
wird nicht selten Klärschlamm vor den Entwässerungsintervallen im Belebungsbecken dadurch gespeichert, dass der Überschussschlammabzug reduziert und der Trockensubstanzgehalt erhöht wird.
Dadurch steigt die Sauerstoffzufuhr für die Grundatmung des belebten Schlamms, u. U. erhöht sich
auch der erforderliche Energieeintrag für die Umwälzung. Die getrennte Speicherung oder eine entsprechende Entwässerungslogistik können hier Abhilfe schaffen. Denkbar ist darüber hinaus, den
Vorteil des schnelleren Stoffumsatzes bei höheren Abwassertemperaturen zu nutzen und durch Absenkung des TS-Gehalts in der biologischen Stufe nach dem Jahrestemperaturverlauf den Energieeintrag für die Belüftung und Umwälzung zu senken, ohne dass dies ein negativen Einfluss auf das
Reinigungsergebnis hat.
Energieeffiziente Antriebe
Sehr viele elektrische Antriebe auf Kläranlagen sind zur Sicherstellung einer geringen Ausfallhäufigkeit robust und langlebig ausgeführt. Dadurch sind z.B. bei Gebläsen oder Schneckenhebewerken
noch Antriebe mit einer geringen Energieeffizienz vorhanden. Hier gilt es im Rahmen einer Wirtschaftlichkeitsprüfung die Amortisation von Elektroantrieben mit Elektromotoren der höchsten Effizienzklasse darzulegen und spätestens beim Ersatz oder bei der Modernisierung auf entsprechend effizientere
Antriebe zu wechseln.
Seite 11 von 13
Bewirtschaftung der Vorklärung in Abhängigkeit von der Stickstoffelimination
Nicht selten wird auf Kläranlagen mit einer Vorklärung ein Teilstrom oder sogar die gesamte Abwassermenge über Teile des Jahres an der Vorklärung vorbei geführt, um ungünstige Nährstoffverhältnisse für die Stickstoffelimination ausgleichen zu können. Bei Anlagen mit einer Schlammfaulung geht
dies zu Lasten der Gasproduktion, da der energiereichere Primärschlamm fehlt. Werden einzelne Becken stillgelegt, ist der Aufwand für eine kurzfristig wechselnde Außerbetriebnahme und Wiederinbetriebnahme meist wegen der damit verbundenen Reinigungsarbeiten zu hoch und die (Teil)Umgehung wird auch dann praktiziert, wenn dies aus Sicht der Stickstoffelimination eigentlich nicht
erforderlich wäre.
Hier kann durch eine Bewirtschaftung der Vorklärung nach der Stickstoffelimination oder dem CSBGehalt im Zulauf der biologischen Reinigung ein Energiegewinn realisiert werden. Elektrisch betätigte
Abwasserweichen, angesteuert über entsprechende Online-Messgeräte können hier eine technisch
nicht allzu aufwändige Lösung darstellen.
Nutzung freier Reserven in der Faulung für die Co-Vergärung
Bei der Bilanzierung vorhandener Schlammfaulungsanlagen lassen sich häufig Reserven in der Faulbehälterbeschickung (Schlammvolumenstrom und Belastung mit organischer Trockenmasse) ausmachen. Nicht selten sind in den jeweiligen Kommunen Quellen für Co-Substrate vorhanden, die sich für
eine Co-Vergärung gemäß dem DWA-Merkblatt-M 380 Co-Vergärung in kommunalen Klärschlammfaulbehältern, Abfallvergärungsanlagen und landwirtschaftlichen Biogasanlagen nutzen ließen.
Zur Erkennung der Reserven ist es jedoch erforderlich, dass die Stoffströme möglichst exakt bilanziert
werden können. Siehe hierzu die Anmerkungen in Kapitel 3.
Nur über die exakte Bilanzierung lässt sich feststellen, ob sich die Faulgasausbeute noch durch technische Veränderungen in der Durchmischung, durch Vorentwässerung des Schlamms und / oder des
Faulschlamms oder durch eine Klärschlammdesintegration wirtschaftlich steigern lässt.
Überprüfung des Regelkonzeptes für Schlammaufheizung, Gebäudeheizung und Notkühlkreislauf BHKW
Bei Anlagen mit einer Schlammfaulung und Nutzung des Faulgases in einem Blockheizkraftwerk
konnte festgestellt werden, dass es sich im laufenden Betrieb nicht immer vermeiden ließ, dass die
Notkühlung des BHKW in Betrieb ging, obwohl seitens des Faulbehälters noch Wärme angefordert
wurde. Um Zusatzenergie zu vermeiden, wurde deshalb die Temperatur im Faulbehälter abgesenkt,
was vermutlich zu Lasten der Gasproduktion ging.
Ursache war hier, abhängig von den eingestellten Vor- und Rücklauftemperaturen im Heizkreis der
Faulung, der Gebäudeheizung und dem Kühlkreislauf des BHKW der häufig sehr enge Temperaturbereich, der für die einzelnen Reglungs- und Steuerungsvorgänge zur Verfügung steht. Für die Blockheizkraftwerke ist in der Regel eine maximale Rücklauftemperatur von 70 °C vorgegeben. Der Notkühlkreislauf setzt dann meist im Temperaturbereich zwischen 65 °C und 70 °C ein. Sind im Heizkreislauf Mischer zur Anhebung der Rücklauftemperaturen vorhanden, kann je nach Auslegung der
Wärmetauscher der Faulung die Rücklauftemperatur auf das oben benannte Niveau ansteigen, obwohl noch ein Wärmebedarf besteht und die Notkühlung setzt ein. Neben den Wärmeverlusten aus
der Wärmeproduktion kann dann sogar der Betrieb einer Zusatzheizung mit Öl oder Erdgas oder das
oben benannte in Kauf nehmen einer geringeren Faulraumtemperatur erforderlich sein.
Auf die Auslegung der Vor- und Rücklauftemperaturen und der Grenztemperaturen für die einzelnen
Steuerungs- und Regelungsvorgänge ist deshalb besonderes Augenmerk zu legen, ggfs. können hier
Wärmespeicher zur Pufferung von Wärmespitzen sinnvoll sein.
Leistungssteigerung der Eigenstromerzeugung durch andere Motorentechniken
Eine Möglichkeit zur Steigerung der Eigenstromerzeugung besteht auch im Einsatz von Gasmotoren
mit einem höheren elektrischen Wirkungsgrad, z.B. Motoren nach dem ORC-Prinzip. Auf Einzelheiten
soll an dieser Stelle nicht eingegangen werden, da hierzu sicherlich in den Folgevorträgen Informationen enthalten sind. Zu beachten ist, das mit der Steigerung des elektrischen Wirkungsgrades eine
Senkung des thermischen Wirkungsgrades bedingt sein kann. Eine parallele Betrachtung und Bilanzierung des Wärmebedarfs und der Wärmeproduktion, ggfs. unter Einsatz von Solarwärme oder Abwasserwärme, sollte deshalb einher gehen.
Seite 12 von 13
6 LITERATUR
[1]
Stromverbrauch auf kommunalen Kläranlagen. Handbuch Wasser 4, Band 13 (1998), Hrsg.
Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg
[2]
Haberkern, B., Maier, W., Schneider, U.: Steigerung der Energieeffizienz auf kommunalen
Kläranlagen (2006), Forschungsprojekt im Auftrag des Umweltbundesamtes (Förderkennzeichen 20526307 UBA-FB 001075)
[3]
Krampe, J. Vergleich verschiedener Druckbelüftungssysteme im Bereich kommunaler Kläranlagen (2008), Vortrag im Rahmen der DWA-Jahresbesprechung der Lehrer und Obleute vom
02.04.2008, DWA-Landesverband Baden-Württemberg
[4]
M. Roth und P. Baumann: Senkung des Stromverbrauchs auf Kläranlagen - Leitfaden für das
Betriebspersonal (2008). Hrsg: DWA-Landesverband Baden-Württemberg.
Autor:
Dipl.-Ing. Johann Flohr
Abteilungsleiter
Konzepte und Beratung
Weber-Ingenieure GmbH
Bauschlotter Straße 62
75177 Pforzheim
Fon
Fax
+49 (0) 7231 583 254
+49 (0) 7231 583 367
johann.flohr@weber-ing.de
http://www.weber-ing.de
Seite 13 von 13