Energieerzeugung bei der Abwasseraufbereitung

Mittwoch, 17. Dezember 2014

In der Wasseraufbereitungsanlage in Marselisborg verschob sich seit 2010 der Fokus von der Minimierung des Energieverbrauchs hin zu einer Maximierung des Netto-Energieüberschusses. Heute produziert die Anlage Strom und Wärme, und mit dieser Nettoerzeugung versorgt sie das örtliche Versorgungsnetz von Aarhus, Dänemarks zweitgrößter Gemeinde. Die CO2-Bilanz wurde entsprechend um 35 % gesenkt.

Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen sind normalerweise die höchsten Einzelenergieverbraucher einer Stadt oder Gemeinde. Auf Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen entfallen normalerweise 25-40 % des Energieverbrauchs einer Gemeinde. Der hohe Energieverbrauch ist auf die energieintensiven Prozesse, aber auch den kontinuierlichen Dauerbetrieb rund um die Uhr an 365 Tagen im Jahr zurückzuführen.

Der Fokus der Branche lag jahrelang darauf, neue Prozesse und Regelverfahren zu entwickeln, um den Energieverbrauch pro aufbereitetem Liter Wasser zu senken. Gleichzeitig erhöhen aber auch die steigenden Anforderungen an die Qualität der Abwasseraufbereitung, zum Beispiel bei der Nährstoffentfernung, den Netto-Energieverbrauch.

Optimierung der Energiebilanz 
Die Wasser- und Abwasseraufbereitung weist hohe Lastunterschiede innerhalb von 24 Stunden und zu verschiedenen Jahreszeiten auf. Der Einsatz von Frequenzumrichtern hat daher stetig zugenommen, um Gebläse, Pumpen und andere angetriebene Geräte zu steuern und an den sich ändernden Leistungsbedarf anzupassen.

Seit 2010 hat Aarhus Water gemeinsam mit Umweltberatern für den Wassserbereich intensiv daran gearbeitet, die Energiebilanz der Kläranlage Marselisborg zu verbessern.

Wichtige strategische Schritte:

  • Optimierung des Stickstoffentfernungsprozesses durch permanente Sensorsteuerung. Der Frequenzumrichter passt den Belüftungsgrad exakt an den Bedarf an. Diese Steuerung reduziert den Energieverbrauch und erhöht die Menge des im System verbleibenden Kohlenstoffs.
  • Die Gebläsetechnologie wird zu einem Hochgeschwindigkeits-Turbogebläse aufgerüstet. Diese Aufrüstung sorgt für eine weitere Reduzierung des Energieverbrauchs im Belüftungsprozess.
  • Aerobe Schlammalterungssteuerung in Abhängigkeit von Temperatur und Belastung der Anlage. Hier ist die Frequenzumrichter-Steuerung der Rücklaufschlammpumpen der Schlüssel zur Energieeinsparung und zum erhöhten Kohlenstoffrückhalt im System.
  • Verbesserung des Kraft-Wärme-Kopplungsprozesses zur Energieerzeugung mit 90 % Energieeffizienz.

Diese Veränderungen und Verbesserungen, einschließlich der effektiven Koproduktion von Strom und Wärme auf Basis von Methangas aus der aeroben Schlammfaulung, haben zu den beeindruckenden Ergebnissen geführt:

  • 130 % Stromerzeugung (30 % Strom-Überschuss)
  • Überschusswärmeerzeugung von ca. 2,5 GWh/Jahr

VLT® für alle Bereiche

In der Abwasseraufbereitungsanlage Marselisborg sind an fast allen beweglichen Teilen Frequenzumrichter installiert: Gebläse, Pumpen, Mischer und Entwässerungspumpen. Dank der Frequenzumrichter kann die Anlage auf Lastschwankungen mit maximaler Flexibilität reagieren. In Marselisborg regeln VLT® Frequenzumrichter mehr als 100 Motoren.

Vision der Energieerzeugung

Die Vision der Stadt Aarhus ist es, die Energieerzeugung noch weiter auszubauen und eine Überschussproduktion aus ihren Kläranlagen zu erreichen, die so hoch ist, dass sie auch den Energiebedarf für die Trinkwasserversorgung der Stadt decken kann. Damit wird der größte einzelne Stromverbraucher der Behörde zu einem energieneutralen Akteur.