Post on 06-Apr-2015
Amt für Umwelt
Wärmenutzung aus Abwasser
Thomas Müller, Siedlungsentwässerung 2
Amt für Umwelt
• Thomas Müller
• Bauing. FH/STV
• Seit 1. August 2006
• Wohnort: Pfyn
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Aktualität: Wärmenutzung aus Abwasser
• Gesteigerte Nachfrage nach alternativen Energien
• CO2 – Abgabe ab 2008 (Heizöl 3 Rp./Liter, Erdgas 2 Rp./Liter)
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Potenzial von Abwasserwärmenutzungen
• Aus einem Kubikmeter Abwasser kann durch Abkühlung um 1ºC pro Stunde 1,16 kW Wärme gewonnen werden
• Mit einer Wärmepumpe kann daraus eine Leistung von 1,55 kW erzeugt werden (Fremdenergie ca. 25%)
• über 5% unseres Heizbedarfs könnte aus Abwasser gewonnen werden, ca. 400‘000 Wohnungen
• 1°C Wärmentnahme der Stadt Zürich ergäbe eine Leistung von 10 MW, genügt für ca. 1‘000 EFH (EAWAG)
• In der Schweiz laufen ca. 40 Anlagen
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Standorte der Wärmeentnahmen
• Variante Fredi Lier, zur Erwärmung im BB
• Im Bereich privater Kanalisationen
• In öffentlichen Kanälen, Gemeinde oder AV, (Begrenzung infolge Reinigungsleistung ARA)
• Im Ablauf der ARA (Einleitbedingungen Gewässer)
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Funktionsweise Wärmenutzung im ARA-Zulauf
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Wärmetauscher
• Einbau mit Kanalerstellung • Einbau in best. Anlagen
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Auswirkungen auf die ARA (Wärmenutzung im Zulauf)
Einfluss der Abwassertemperatur:
• Von der Vielzahl der Prozesse in der ARA am stärksten temperaturabhängig ist die Nitrifikation: Umwandlung von Ammonium in Nitratje tiefer Temp., desto tiefer die Wachstumsrate der Nitrifikanten
• Einleitbedingung für Ammonium in den Vorfluter: Konzentration im Ablauf < 2 mg/L
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Auswirkungen auf die ARASummenhäufigkeit von Ammonium im Ablauf (Quelle EAWAG):
0
20
40
60
80
100
0 1 2 3 4
Ammonium Ablaufkonzentration [mg/L]
Sum
men
häuf
igke
it [%
]
Auswirkung permanenterTemperaturabsenkungum 1,5 ºC
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Erfahrung Wärmeentnahme im Zulauf der ARA
Die Wärmeentnahme ist unproblematisch, solange
• die Zulauftemperatur in den Wintermonaten ≥ 10 ºC
• die Abkühlung im Zulauf < 0,5 ºC
Können diese Bedingungen nicht eingehalten werden, ist eine detaillierte Untersuchung des Einflusses der Wärmeentnahme auf den Kläranlagenbetrieb erforderlich.
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Wärmeentnahme im ARA - Ablauf
• grosse und ‚konstante‘ Wassermenge
• grosse nutzbare Temperaturdifferenz
• Anlage weniger anfällig auf
Verschmutzung
3°C
Minimale Einleit-Temperatur 3°C
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Standpunkt AfU
• Nutzung aus dem ARA – Ablauf ist sinnvoll
• Eher zurückhaltend bei Nutzung im ARA – Zulauf, Ausserbetriebnahme bei Temperaturen < 10°C
• Projekte müssen die Auswirkungen auf die Abwassertemp. aufzeigen
• Auf die Hydraulik resp. den Unterhalt dürfen die Wärmetauscher keine nachteiligen Auswirkungen haben
• Auch für die Wärmeentnahme besteht eine gewässerschutzrechtliche Bewilligungspflicht (Amt für Umwelt)
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Temperaturen im ARA – Zulauf (Thurgauer ARA)
0
5
10
15
20
25
30
Mit
tle
re T
ag
es
tem
pe
ratu
r in
°C
ca. 2.5 Monate
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Überlegung zur Rentabilität
• Bei Anlagen ab 5‘000 EW prüfenswert• Abfluss -Tagesmittel bei Trockenwetter ≥ 15 l/s = 55 m3/h• Kanalisationsrohr – Durchmesser ≥ 800 mm
• CO2 Abgabe ab 2008 (Heizöl 3 Rp./Liter, Erdgas 2 Rp.Liter)
• Kosten aus der Praxis für eine 45 KW monovalente Anlage (Mehrpreis für Wärmetauscher zu normalen Rohr):– ca. Fr. 4‘500 / KW– ca. Fr. 4‘500 / m– Monovalente Anlage muss auf eine sehr tiefe Abwassertemp.
ausgelegt werden, da keine Spitzenabdeckung vorhanden (bivalent)
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Monovalent – Bivalente Anlagen
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Ausblick
• Längerfristig werden vermehrt Anfragen erfolgen• Einfaches Energiekonzept ‚Wärmenutzung aus Abwasser‘:
– Mögliche Kanäle bestimmen, welche genug Wasser führen– Bestimmung der maximal nutzbaren Energie im Zulauf, damit die
Reinigungsleistung der ARA die Anforderungen erfüllt (individuell)– Maximal nutzbare Energie im ARA - Ablauf in Berücksichtigung der
Nutzung im Zulauf und der Einleitbedingungen
• Bei konkreten Projekten: ausarbeiten von Verträgen, Musterverträge bestehen bereits
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Verteilnetz ab Wärmetauscher
• Wassertemp. bisca. 17°C
• Dezentrale WP• Flexible Temp.• Kleine Wärme-
verluste• Einfache
Erweiterung• Günstige Leitungen
• Wassertemp. 65 - 85°C
• Zentrale WP• Spezifischen Kosten
kleiner• günstigere Wartung
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Vertriebsmöglichkeiten
• Private, Betrieb einer eigenen Anlage auf Privatareal
• Gemeinden / Abwasserverbände– Eigenbedarf (Heizung öff. Gebäude, Schlammtrocknung ARA)– Versorgung von Dritten
• Contracting– Erstellung, Betrieb, Unterhalt und Vertrieb durch ein spezialisiertes
Unternehmen