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1Energieanalysen aufAbwasseranlagen
Dr.-Ing. Ralf MitsdoerfferDr.-Ing. Dieter Thle
14. Septemer 2010IFAT ENTSORGA
DWA-Special Wasser und Energie
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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)
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3Gliederung
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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
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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
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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)
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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
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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
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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
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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