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wlb - Wasser, Luft und Boden 1/2017

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SPECIAL I TITEL

SPECIAL I TITEL Gründlich gecheckt? Energiemonitoring in Kläranlagen als erster Schritt zur Optimierung Der weltweit steigende Energiebedarf, die Endlichkeit fossiler Ressourcen, allgemein steigende Energiekosten und schließlich die Sorge um die Auswirkungen auf das Klima erfordern einen deutlichen Wandel in der Energieversorgung und im Energieeinsatz – auch im Bereich der kommunalen Kläranlagen. Kläranlagen gehören zu den größten Energieverbrauchern einer Kommune. Der Gesamtstrombedarf der rund 10 000 Kläranlagen in Deutschland liegt in einer Größenordnung von 4200 GWh pro Jahr [1]. Das entspricht etwa dem Strombedarf von 900 000 Vier-Personen-Haushalten. Dabei ist der Energiebedarf der Kläranlagen nicht nur abhängig vom eingesetzten Reinigungsverfahren und dem Reinigungsziel, sondern auch von den örtlichen Gegebenheiten und der erreichten Energieeffizienz. Die Steigerung der Energieeffizienz durch Energieeinsparmaßnahmen und optimierte Energiegewinnung muss daher einer der wichtigsten Schwerpunkte sein, wenn Kosten reduziert und Ressourcen geschont werden sollen. Energiecheck Die Bestrebungen zur Verbesserung der Energieeffizienz dürfen jedoch nicht dem eigentlichen Zweck der Abwasserbehandlung, d. h. der Ableitung und Reinigung von Abwasser mit dem Ziel des Gewässerschutzes, zuwiderlaufen (DWA 2015). In diesem Zusammenhang hat die DWA Ende des vergangenen Jahres das neue DWA Arbeitsblatt DWA-A 216 herausgebracht, das Planern, Betreibern und Fachbehörden eine praxisorientierte Arbeitshilfe zur verfahrenstechnischen und energetischen Optimierung von Kläranlagen zur Verfügung stellt. Darin wird zunächst beschrieben, wie Kläranlagenbetreiber mit der regelmäßigen Durchführung von Energiechecks eigenständig anhand von wenigen Kennwerten eine energetische Bestandsaufnahme ihrer Anlage durchführen können, die als Grund- lage für weiterführende Optimierungsmaßnahmen dienen kann. In einem zweiten Schritt wird eine Energieanalyse angestrebt, die das Ziel hat, eine detaillierte energetische Betrachtung der Abwasseranlage durchzuführen und darauf aufbauend energetische Verbesserungen des Anlagenbetriebs zu erreichen. Die Energieanalyse erfordert im Vergleich zum Energiecheck eine wesentlich umfassendere und tiefere Betrachtung der Abwasseranlage unter Berücksichtigung der Maschinen-, Prozess-, Verfahrens- und Bautechnik. Grundlage eines jeden Energiechecks sowie einer detaillierten Energieanalyse stellt das Monitoring von Anlagenteilen dar. Dazu zählen unter anderem der Stromverbrauch in den einzelnen Anlagenteilen (z. B. Pumpwerk, Belüftung Belebungsbecken), die CSB-Fracht im Zulauf zur Kläranlage oder auch die Förderhöhe und Fördermenge des Pumpwerks. Autor: Christian Gutknecht, Branchenmanager Umwelt, Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG, Weil am Rhein 16 wlb 1/2017

TITEL I SPECIAL Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, Stromzähler an allen relevanten Aggregaten zu installieren, wie an Gebläsen/Verdichtern, Pumpen oder Motoren, um deren Energiebedarf besser überwachen zu können. Unabhängig von der Größe Auch kleinere Kläranlagen setzen sich zunehmend mit aktuellen Energiethemen auseinander und stellen vermehrt aufgrund gestiegener Energiepreise ihre Behandlungsverfahren um, zum Beispiel von aerober auf anaerobe Schlammstabilisierung mit Faulgaserzeugung. Hier hat sich gezeigt, dass dies ab einer Anschlussgröße von 10 000 Einwohnerwerten (EW) durchaus wirtschaftlich sein kann. Genau deshalb hat die Stadt Kandern bereits vor zehn Jahren beim Umbau ihrer Kläranlage damit begonnen, diese energetisch zu optimieren. Nachdem der Faulbehälter errichtet war, wurde in ein Blockheizkraftwerk (BHKW) investiert, sodass derzeit täglich etwa 50 m 3 Faulgas zur Stromerzeugung im BHKW zur Verfügung stehen. Damit können annähernd 15 % des Eigenbedarfs abgedeckt werden. Um die einzelnen Stromverbräuche auf der Anlage noch besser kontrollieren zu können, wurde für die Kläranlage im vergangenen Jahr in ein Energiemonitoring investiert, das aus folgenden Komponenten besteht: Stromzähler (Engyvolt RV12), Schaltschrank, Datenaufzeichnung (Memograph M RSG40) sowie die Software zur Datenvisualisierung und Datenauswertung (Field Data Manager). Optimierung der Wartung von Gebläse, Optimierung des Sauerstoffeintrags im Belebungsbecken, Optimierung der Filterüberwachung der Gebläse, Steigerung der Faulgasproduktion, Optimierung Schlammeindickung usw. Mit der Software Field Data Manager können alle Daten automatisch ausgewertet und individuelle Berichte und Vorlagen für die Techniker, Betriebsleiter oder die Verwaltung erstellt werden. Markus Vollmer, Kläranlage Kandern- Hammerstein, zeigt sich begeistert: „Dadurch kann man nun sehr genau erkennen, an welchen Stellen der meiste Strom verbraucht wird. Das Energiemonitoring stellt somit den ersten Schritt für weiterführende Optimierungsmaßnahmen dar Übersicht Energiemonitoring Endress+Hauser Field Data Manager Software Energiedaten Ethernet TCP/IP Memograph RSG40 Datenlogger und hilft uns gegebenenfalls zukünftig Energie einzusparen“. In einem nächsten Schritt wird eine detaillierte Energieanalyse mittels eines externen Energieberaters durchgeführt. Darüber hinaus werden Handlungsempfehlungen und erforderliche Optimierungsmaßnahmen zusammen mit dem Klärwerkspersonal diskutiert, um die Energieeffizienz weiter zu erhöhen. Wasser Berlin: Halle 3.2, Stand 107 www.de.endress.com Literatur: [1] Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall¸ DWA 2010 RS 485 Modbus RTU Geschäftsleitung Energiemanager Controlling Einkauf Technik Instandhaltung Wartung Gut ausgerüstet Dabei wurden alle stromintensiven Aggregate, wie die Schneckenpumpe im Hebewerk, das Gebläse im Fett- und Sandfang sowie im Belebungsbecken, die Rührwerke und Umwälzpumpen im Faulturm, die Zentrifuge in der Schlammbehandlung, die Rücklaufschlammpumpe und darüber hinaus auch der Nachklärbeckenräumer mit Stromzählern (Engyvolt RV12) ausgerüstet. Alle Werte werden von einem Schreiber, dem Memograph M RSG40, erfasst und aufgezeichnet. Durch mathematische Verrechnung der Ergebnisse untereinander mit weiteren Eingangsgrößen (z. B. Gasdurchfluss) lassen sich Gesamtbilanzierungen, Wirkungsgradberechnungen und andere Kennzahlen berechnen. Diese stellen wichtige Indikatoren für die Qualität des Prozesses dar bzw. bilden die Grundlage für Prozessoptimierungen und Wartung. Dazu zählen die Impuls-/ Frequenzsignal Gebläse Schneckenpumpe Rührwerk Faulturm Strom gesamt Strom Eigenerzeugung Zentrifuge Gas, Biogas etc. Strom Strom 01 Über ein sog. Energiemonitoring lassen sich die Stromverbräuche auf der Kläranlage Kandern-Hammerstein jetzt besser kontrollieren 02 Der Stromzähler ist im Schaltschrank integriert 03 Die Datenaufzeichnung spielt beim Energiemonitoring eine große Rolle wlb 1/2017 17