1Energieanalysen aufAbwasseranlagen

Dr.-Ing. Ralf MitsdoerfferDr.-Ing. Dieter Thle

14. Septemer 2010IFAT ENTSORGA

DWA-Special Wasser und Energie

2MitgliederDipl.-Ing. Klaus Fricke (Umweltbundesamt)Dipl.-Ing. Bernd Haberkern (Ing.-Bro iat, Darmstadt)Dipl.-Ing. Peter Jagemann (EG/Lippeverband)Dipl.-Ing. Andrea Kaste (MUNLV, Dsseldorf, Sprecherin)Dipl.-Ing. Beat Kobel (Ryser Ingenieure, Bern)Dipl.-Ing. Stefan Koenen (Ing.-Bro Tuttahs & Meyer, Aachen)Dr.-Ing. Ralf Mitsdoerffer (Ing.-Bro GFM, Mnchen)Dr.-Ing. Henry Rie (FIW an der RWTH Aachen)Dipl.-Ing Peter Schmellenkamp (HanseWasser Bremen GmbH)Dipl.-Biol. Sabine Thaler (DWA)Dr.-Ing. Dieter Thle (Ruhrverband, stellv. Sprecher)Prof. Dr.-Ing. Ulf Theilen (FH Gieen)

3Gliederung

4Notwendigkeit derenergetischen Optimierungdie geforderte Wirtschaftlichkeit der

Abwasserbeseitigung verlangt die Minimierung derEnergiekosten

sinkende EnergieressourcenKlimawandelUmsetzung gesetzlicher Vorgaben

(zum Stand der Technik gehrt der Einsatzenergieeffizienter Verfahren gem WHG)

energetisch optimierte Anlagen weisen eineerhhte Reinigungsleistung auf

5Veranlassung zumDWA-A 216BL-AG Energieeffizienz der kommunalen

Abwasserbeseitigung einschlielichKlrschlammbehandlung

Mandat an die DWA:Entwicklung eines bundeseinheitlichen

Instruments einer Energieanalyse vonAbwasseranlagen

Umsetzung zum technischen Standard==> Arbeitsblatt DWA-A 216

6Geltungsbereich / InhaltGeltungsbereich

Entwsserungsanlagen (Pumpwerke)Klranlagen

Mindestanforderungen an das zu Grunde zu legendeDatenmaterial

Ablauf der AnalyseAnforderungen an Energieanalysen

(Inhalt, Qualitt, Ergebnisse ..)Definition verfahrensbezogener, energetischer

Kennwerte(jedoch keine Vorgabe von Ideal- oder Richtwerten)

7Bezugsgre

mittlere, tgliche Schmutzfracht im Zulauf derKlranlage bezogen auf den CSB ohneRckbelastung durch Prozesswsser

EWCSB = 120 g/(Ed)

Plausibilittsprfung ber Nhrstoffparameterund/oder Schlammmengen mit 11 g TKN/(Ed) im Rohabwasser 1,8 g Pges/ d im Rohabwasser 75 g TR / d Rohschlamm 55 g TR / d Faulschlamm 60 g TR / d aerob stabilisierter Schlamm

Vorgehensweise zurenergetischen Optimierung1. Schritt: Energiecheck

grobe, energetische Bestandaufnahme mitKennwerten zur Positionsbestimmung, die regelmigwiederholt werden sollte

2. Schritt: Energieanalyse Ziel ist die energetische Anlagenverbesserung unter

Bercksichtigung der wasserrechtlichenAnforderungen

systematische, detaillierte Erhebung und Bewertungder Energiesituation

Darstellung von Manahmen zur Energieoptimierungmit Wirtschaftlichkeitsbetrachtung 8

9Energiecheck

6 Kennwerte, die leicht aus den vorhandenenBetriebstagebchern ermittelbar sind(regelmige Wiederholung, Durchfhrung durchBetriebspersonal)

einfache Positionsbestimmung fr den Betreibermittels vorgegebener Summenlinien

kontinuierliche Verfolgung der Anlageneffizienz berdie Jahre mglich

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Kennwerte desEnergiechecksEinheit Bezeichnung Defintion verwendeter Gren

eges [kWh/(Ea)] Spez. StromverbrauchGesamteges = Eges / EWCSB Eges = Stromverbrauch gesamt [kWh/a]

EWCSB = Einwohnerwert bezogen auf CSB [EZ+EGW]eBL [kWh/(Ea)] Spez. StromverbrauchBelftung*

eBL = EB / EWCSB EB = StromverbrauchBelftung Belebungsbecken [kWh/a]

EWCSB = Einwohnerwert bezogen auf CSB [EZ+EGW]Klranlagen mit Faulung

eFG,1eFG,2

[lN/(Ed)]

[lN/kgoTS]

Spez. Faulgas-produktion **

eFG = QFG / EWCSB

eFG = QFG / moTS,ZU

QFG = Jahresmittelwert der Gasproduktion [lN/d)](normiert auf 0C und 1013 mbar)EWCSB = Einwohnerwert bezogen auf CSB [EZ+EGW]moTS,ZU = Jahresmittelwert zugefhrte oTS-Fracht zur

Faulung [kg oTSZU]N [%] Grad der Faulgasum-

wandlung in Elektrizi-tt

N = (EKWK/EFG)100 EKWK = Jahresproduktion KWK Anlagen bzw.Direktantrieb von Verdichtern [kWh/a]

EFG = Heizwert der Jahresfaulgasproduktion= QFG HI,n 1

(HI,n 1 = Heizwert Faulgas = 6-7 kWh/m3)VE [%] Eigenversorgungs-grad Elektrizitt

VE = (EKWK/Eges) 100 EKWK = Jahresproduktion KWK Anlagen bzw.Direktantrieb von Verdichtern [kWh/a]

Eges = Stromverbrauch gesamt [kWh/a]eext [kWh/(Ea) Spez. externer Wr-mebezug

eext = Etherm/ EWCSB Etherm = extern zugefhrte Wrmemenge [kWh/a]= QPrimrenergietrger HI,n1HI,n1 = Heizwert Heizl = 10 kWh/lHI,n1 = Heizwert Erdgas = 9,4 kWh/m3)

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Positionsbestimmungmittels Summenlinie

RM5

Folie 11RM5 daten aktualisieren

Ralf Mitsdoerffer; 30.08.2010

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EnergieanalyseBestandsaufnahmestrukturierte Bewertung an Hand einer schlssigen,

vollstndigen EnergieverbrauchermatrixEntwicklung energetischer Beurteilungskriterien unter

Bercksichtigung nicht vernderlicher,anlagenspezifischer Randbedingungen (Einblastiefe,Abwasseranfall, Abwasserzusammensetzung etc.)

Ableitung von OptimierungsmanahmenWirtschaftliche Bewertung der Manahmen (Kosten vs.

Energieeinsparung)Empfehlung mit zeitlicher Gliederung zur Umsetzung der

Optimierungsmanahmen

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Verbrauchermatrix

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EnergieanalyseBestandsaufnahmestrukturierte Bewertung an Hand einer schlssigen,

vollstndigen EnergieverbrauchermatrixEntwicklung energetischer Beurteilungskriterien unter

Bercksichtigung nicht vernderlicher,anlagenspezifischer Randbedingungen (Einblastiefe,Abwasseranfall, Abwasserzusammensetzung etc.)

Ableitung von OptimierungsmanahmenWirtschaftliche Bewertung der Manahmen (Kosten vs.

Energieeinsparung)Empfehlung mit zeitlicher Gliederung zur Umsetzung der

Optimierungsmanahmen

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Spez. Stromverbruche(Grenklassen 4+5)

Aus:Schwentner (2009), Die Bedeutung der Belftung und Durchmischung fr den Energiebedarf von Klranlagen DWA FachtagungEnergieeffizienz bei Belftern und bei der HomogenisierungSchwentner (2007) Energiebedarf auf Klranlagen in Baden-Wrttemberg, Entwicklungen und Optimierungspotenziale 21.Karlsruher Flockungstage Die optimierte Klranlage Vision oder Realitt ?

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verifizierteVerbrauchermatrix

voraussichtlich erhhte Pumpmenge oderschlechter Pumpenwirkungsgrad

voraussichtlich erhhte Pumpmenge oderschlechter Pumpenwirkungsgrad

Nachrechung der Belebungsanlagevorhandene Belftungselemente

(Keramikkerzen Folienplattenbelfter)

==> wirtschaftlicher Austausch der Belfter ????

Nachrechung der Belebungsanlagevorhandene Belftungselemente

(Keramikkerzen Folienplattenbelfter)

==> wirtschaftlicher Austausch der Belfter ????

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anlagenspezifischeModellberechnung I

Verbraucher Berechnungsansatz Strom-verbrauch

Spez. Werte Einflussgren

Pumpen, He-bewerke

(RS,S,PS..)

Q hFrd. 2,7 Wh/(m3 m)E = ------------------------------------

RPumpe,Motor

RHebewerk, Modellanlage = 0,60RPrimrschlamm, Modellanlage = 0,45RRS Modellanlage = 0,57RS, Modellanlage = 0,60Rinterner Recycle, Modellanlage= 0,70

Frderhhe, Wassermen-ge,RPumpe,Motor = f(Q,h)

Rechen E = 1,0 Q 0,5 1,5 [Wh/m3] AbwassermengeSandfang/Fettfang

Rumer, Ent-nahme

QL T P.E = -------------- [kW] Laufzeit [h]

RG 367

E = P [kW] Laufzeit [h]

RGeblsewirkungsgrad = 0,60qL = 0,5 [m3/(m3VSF hE ]T P = f (hE, Reibung)

= 3 [mWS]

Volumen Sandfang, Ein-blastiefe,

Vorklrung E = P [kW] Laufzeit [h] Ca. 0,3 1,0 kW je Becken Anzahl VorklrbeckenBelftung Nachrechnung mit DWA A 131

auf Basis des CSB Ansatz Bd, T, tTS .

X- Wert = 0,69SSOTE = 8 %/m - 6 %/MSAE = 4,5 - 3,4 kg/kWh

Tats. CSB +N Fracht,Tats. SchlammalterX- WertGeblsedruck

Umwlzung E = 1,5 [W/m3] VBecken [m3] 1,5 2,0 W/m3 BeckenvolumenNachklrung E = P [kW] 24 h/d Ca. 0,5 1,0 kW je Becken Anzahl Nachklrbecken

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Verbraucher BerechnungsansatzStromverbrauch

Spez. Werte Einflussgren

PS-Siebung E = 0,075 QPS 0,05 0,09 [Wh/m3Primrschlamm] PS-AnfallPS-Eindickung E = 20 kWh/d 20 60 [kWh/d] je Behlter Anzahl BehlterSiebtrommel E = 0,32 Qberschussschlamm 0,2 0,4 [kWh/m3S-schlamm] S-Anfall

Zentrifuge E = 34,32 mTS,Faulschlamm/d 20 43 [kWh/tTR,Faulschlamm-] FaulschlammanfallE = 35,31 mTS,Rohschlamm/dE = 1,93 QRohschlamm

29 - 42 [kWh/tTR,Rohschlamm]1,6 2,3 [kWh/m3Rohschlamm]

Rohschlammanfall

InfrastrukturBetriebsgebude E = 50 kWh/d

Brauchwasser E = 70 kWh/d 0,25-0,3 kWh/m3Brauchwasser Q BrauchwaserDruckluft E = 13 kWh/d 0,1 kWh/m3Druckluft Q DruckluftHeizung E = 100 kWh/d 30-100 kWh/d

Lftung E = 40 kWh/d 5-8 kWh/ pro 1.000 m3/d LuftaustauschAbluftreinigung E = 130 kWh/d

anlagenspezifischeModellberechnung II

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EnergieanalyseBestandsaufnahmestrukturierte Bewertung an Hand einer schlssigen,

vollstndigen EnergieverbrauchermatrixEntwicklung energetischer Beurteilungskriterien unter

Bercksichtigung nicht vernderlicher,anlagenspezifischer Randbedingungen (Einblastiefe,Abwasseranfall, Abwasserzusammensetzung etc.)

Ableitung von OptimierungsmanahmenWirtschaftliche Bewertung der Manahmen (Kosten vs.

Energieeinsparung) nach LAWAEmpfehlung mit zeitlicher Gliederung zur Umsetzung der

Optimierungsmanahmen

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abgestufte Umsetzungdurch Unterteilung der Manahmen in:

Sofortmanahmen (S)

kurzfristigen Manahmen (K)

abhngige Manahmen (A)

Manahmenumsetzung

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ZusammenfassungSchwerpunkt des A-216 ist die Festlegung und damit

Vereinheitlichung der Methodik zur Erschlieungvorhandener Energie-Potenziale

2 Schritte: Energiecheck / EnergieanalyseMethodik bercksichtigt die spezifischen

Verhltnisse auf der Klranlage(Vergleich der Anlagenkennwerte beranlagenspezifische Modellanlagenberechnung)

zeitliche Gliederung der Manahmen (sofort,kurzfristige und abhngige Manahmen)

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Vielen Dank fr IhreAufmerksamkeit