Eigenenergieerzeugung - DWA-Landesverband Baden

Kennzahlenvergleich Abwasserbeseitigung
in Baden-Württemberg
Energieanalysen für Kläranlagen im Kontext des Benchmarking
Dipl.-Ing. Peter Graf, Dipl.-Ing. Peter Wulf
Leinfelden-Echterdingen, 19.03.2014
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aquabench aus der Branche für die Branche
20.03.2014 / Seite 2
•
Größtes Benchmarking-Portfolio im
Wasser- und Abwasserbereich
•
Beratungsschwerpunkte in der
Wasserversorgung und
Abwasserbeseitigung
• Energieanalysen
• Preis- und Entgeltkalkulation
•
Ein Team aus 13 erfahrenen
Ingenieuren und Ökonomen
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Emscher Wassertechnik – Dienstleistungen rund um die Themen
Wasser und Boden
•
•
•
Tochterunternehmen von Emschergenossenschaft / Lippeverband
Beratungs-, Planungs- und Betriebsleistungen für kommunale und industrielle Kunden
88 Mitarbeiter in den vier Abteilungen Wasserwirtschaft, Kläranlagen, Betrieb und
Kanalisation
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Der elektrische Energieverbrauch in der Abwasserbehandlung ist
über alle KA-Größen wichtig für die Optimierung
Einwohnerwerte und Einfluss Anlagengröße
Optimierung liefert Beiträge
für:
• Effizienzsteigerung
• volkswirtschaftliche Ziele
60
Mio. EW
spez. Stromverbrauch in kWh/(EW·a)
50
40
30
20
10
0
GK 1
(Basis: 4331 KA, 120 Mio. EW, DWA, 2013)
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GK 2
GK 3
hohe spezifische Werte,
Potential für einzelne Betreiber
GK 4
GK 5
> 90 %,
absolut größtes
Potential
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Optimierungsanstrengungen verfolgen zwei Ziele
Verbrauch senken – Eigenerzeugung steigern
Energieoptimierung: verfahrenstechnische Optimierung &
effizienter Einsatz Anlagentechnik
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Aufgreifen von Energiethemen in unterschiedlicher Intensität
Unternehmens
benchmarking
Prozessbenchmarking
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•
Das Unternehmensbenchmarking liefert
•
eine kostengünstige ganzheitliche
Positionsbestimmung des Unternehmens
sowie
•
eine Einschätzung der Höhe des
Energieverbrauches und des Umfangs
der Eigenenergieerzeugung
bei geringem Erhebungsaufwand
•
Das Prozessbenchmarking liefert eine
Quantifizierung des Optimierungspotentials,
u.a. im Bereich der Energie sowie
Optimierungsmaßnahmen
•
Die Energieanalyse umfasst eine detaillierte
Ist-Analyse der Energiesituation einer
Kläranlage und leitet konkrete
Optimierungsmaßnahmen ab
Vertiefung
Energieanalyse
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Aggregierte Bewertung und Vergleich der Energiesituation im
Rahmen des Unternehmensbenchmarking
V
UB
PB
Energieverbrauch
Abwasserbeseitigung
(elektrisch und thermisch)
Energieverbrauch
Abwasserableitung
(elektrisch und thermisch)
Energieverbrauch
Abwasserableitung
(elektrisch)
Energieverbrauch
Energieverbrauch
Abwasserbeseitigung
(elektrisch)
Energieverbrauch
Abwasserbehandlung
(elektrisch und thermisch)
Energieverbrauch Abwasserbehandlung (thermisch, aus
Eigenenergieerzeugung)
Eigenenergieerzeugung
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Unternehmensbenchmarking:
• Energieverbräuche
therm. und elektr. für
• Gesamtebene
• Kernprozesse
• Eigenenergieerzeugung
• gesamt
• aus Klärgas
Energieverbrauch
Abwasserbehandlung
(elektrisch)
Eigenenergieerzeugung
Abwasserbehandlung (elektrisch)
Eigenenergieerzeugung aus Klärgas
Abwasserbehandlung (elektrisch)
EA
Standortbestimmung im Kontext,
Handlungsbedarf und -felder
identifizieren
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V
Vertiefende Betrachtung und Vergleich der Energiesituation
einer Kläranlage mit geringem Erhebungsaufwand
UB
PB
EA
Optionale Vertiefungsumfrage
• Betrachtung und Vergleich einer
Kläranlage
• 13 zusätzliche Fragen unter Berücksichtigung des DWA Arbeitsblatts-A 216
Energieanalysen auf Kläranlagen
• Verbräuche
• Gesamt
• Belüftung Belebungsbecken
• Verfahrenstechnik
• Eigenenergieerzeugung
• Faulgasproduktion
• Energiebezug
Standortbestimmung einer Kläranlage im
Kontext, Handlungsbedarf identifizieren,
Optimierungspotentiale quantifizieren
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V
Differenzierte Erfassung und Vergleich der Energiekosten
und des -verbrauchs im Prozessbenchmarking Kläranlagen
UB
PB
EA
Verteilung der
Auszug aus dem Teilprozessmodell
• elektrischen,
• thermischen und
Energieverbräuche auf die
Teilprozesse und ausgesuchte
Aggregate der Kläranlage
Mechanische
Reinigung
Rechenanlage
Sandfang
Dabei wird unterschieden in
• Fremdbezug Strom
und Wärme
Schlammweg
Wasserweg
• mechanischen
Fettfang
…
• Kessel,
Biologische
Reinigung
Schlammstabilisierung
BelebtschlammVerfahren
Schlammstabilisierung
Entwässerung
Zwischenklärung
Faulbehälter
Nachklärung
…
Transport
zur Entsorgung
…
…
Eigenenergieerzeugung
• BHKW, Mikrogasturbine
• Direktantrieb und
Schlammverwertung
-entsorgung
Kessel
BHKW
Direktantrieb
regenerative
Energie
…
• Nutzung regenerativer Energiequellen
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V
Benchmarking ermöglicht in den Projektsitzungen einen
gegenseitigen Erfahrungsaustausch
UB
PB
EA
Beispiel: Schwerpunktthema im Prozessbenchmarking Kläranlagen
„Maßnahmen im Bereich der biologischen Reinigung“
Kurzreferate der Teilnehmer zu Betriebserfahrungen mit
•
der Optimierung der Belüftungssteuerung und
Belüftungsregelung (Effizienzsteigerung)
•
der Vorgehensweise bei der Wartung der Belüftung
•
der Ermittlung von und Umgang mit Druckverlusten
•
den Ursachen, die für die Entwicklung des Stromverbrauchs relevant sind
•
der Auswahl der verwendeten Aggregate zur Belüftung
•
der Erfahrungen mit den verwendeten Prozessleitsystemen und der
Datenprotokollierung
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Die Energieanalyse ist lohnend, wenn eine Kosten-/
Nutzenanalyse positive Ergebnisse aufgezeigt hat
V
UB
PB
Ist-Aufnahme
• Auswertung der bereitgestellten Daten auf Plausibilität
• gemeinsame Anlagenbegehung
• Aufnahme und Bewertung des Ist-Zustandes
Ist-Beurteilung
• Bestimmung der anlagenspezifischen Idealwerte
• Entwicklung eines ersten Maßnahmenkataloges
• gemeinsame Diskussion der Zwischenergebnisse
Maßnahmenplanung
Abschlussdokumentation
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• Festlegung der zu betrachtenden Einzelmaßnahmen
• Erstellung eines Maßnahmenkataloges und der
Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
• Erstellung eines Ergebnisberichtes mit konkreten Sofortmaßnahmen,
kurzfristige Maßnahmen und abhängige Maßnahmen
• Besprechung der Ergebnisse und des Schlussberichtes
EA
• intensive,
analytische
Betrachtung aller
Prozesse, Aggregate
einer Kläranlage
• Sehr hoher
Detaillierungsgrad
• Generierung eines
Maßnahmenbündels
zur Umsetzung
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Die Energiebilanz des IST-Zustandes sollte umfassend, aber
nicht „buchhalterisch“ erfolgen
V
UB
PB
EA
Stromverbrauch Kläranlage
(Belebungsanlage mit
N-Elimination)
•
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Ziel bei Aufnahme und Bewertung des Ist-Zustandes: Erfassung und
Zuordnung Verbrauch > 90 % über Aggregateliste
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Der Maßnahmenkatalog ist strukturiert nach Umsetzungsfristen
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Beispiele für Maßnahmen als Ergebnis von Energieanalysen
•
Sandfanggebläse mit einer hohen spezifischen Leistung und infolgedessen mit
1,18 kWh/(EW*a) einem hohen spezifischen Energieverbrauch
Maßnahme: Austausch gegen kleinere Gebläse mit Frequenzumrichter
•
Durchflusszeit Vorklärung (ca. 3,8h) sehr lang, so dass sich viel organische
Substanz absetzt und mit dem Primärschlamm entfernt wird.
Maßnahme: Außerbetriebnahme eines Vorklärbeckens
•
Sehr hohe Verweilzeit des Faulschlammes von 49 Tagen weist auf große freie
Kapazitäten im Faulbehälter hin.
Maßnahme: Mitbehandlung von biogenen Abfällen (Co-Substraten) im
Faulbehälter zur Steigerung der Faulgasproduktion und damit der
Eigenenergieerzeugung
•
Energieverbrauch der Rührwerke in den Denitrifikationsbecken mit 13,4 bis
16,5 W/m³ deutlich über dem Zielwert von 2,5 - 4,0 W/m³
Maßnahme: Austausch aller Rührwerke gegen energieeffiziente
Langsamläufer.
20.03.2014 / Seite 14
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Fazit
20.03.2014 / Seite 15
•
Benchmarking erleichtert die
Entscheidung, ob detaillierte
Teilprozess-Untersuchungen sinnvoll
sind
•
Prozessbenchmarking hilft beim
Erkennen von Optimierungspotentialen
auf Ebene der Teilprozesse
•
Energieanalysen entwickeln
Maßnahmen zur Optimierung des
Energieverbrauchs der Betriebsweise
und einzelner Aggregate
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Kontakt
aquabench GmbH
Geschäftsstelle Köln
Frankfurter Straße 520
51145 Köln
Emscher Wassertechnik GmbH
Dipl.-Ing. Peter Wulf
Brunnenstraße 37
45128 Essen
[email protected]
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Tel. +49 (22 03) 3 59 29-24
Fax. +49 (22 03) 3 59 29-20
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