Die sichere und kosteneffiziente Versorgung mit Energie und insbesondere die Unabhänigkeit von Black-outs ist heute eine der entscheidenden Herausforderungen für kritische Infrastrukturen. Der Stand der Technik ist für Verantwortliche bei der Ergreifung von Maßnahmen gesetzlich maßgeblich. In Bad Schussenried sind die Verantwortlichen Ihrer Verpflichtung nachgekommen und haben mit der Installation einer 100 kWp PV-Anlage inklusive eines Batteriespeichers mit 288 kWh den wesentlichen Schritt zum fremdenergiefreien Betrieb gemacht. Mit Batteriespeicherung und GIREA-Energiemanagement wird die Anlage auch nachts abgesichert. Innerhalb von 6 Monaten wurde das Projekt von der Planung bis zur Inbetriebnahme fertiggestellt.
Die Unabhängigkeit von konventionellen Energieträgern wie Kohle, Erdöl und Erdgas ist nicht nur wegen unsicherer Versorgungslage, politischen Beschlüssen und klimatischen Notwendigkeiten, sondern insbesondere wegen des explodierenden Energiepreise unverzichtbar. Politische Krisen feuern die Situation weiter an. Von Strompreisstabilität kann bis weit nach 2030 keine Rede sein.
Förderprogramme des Bundes und der Länder zielen darauf ab, Härtesituationen für Kommunen zu vermeiden. Die Kombination aus
- Energieeinsparung,
- Eigenenergiegewinnung und
- Energiespeicherung
ist der Schlüssel auf dem Weg zur Energieautarkie.
Ausgehend von definierten förderpolitischen Zielen stellen Bund und Länder eine Reihe von Förderprogrammen zur Co-Finanzierung von Energieprojekten zur Verfügung. Das Bundesumweltministerium unterstützt z.B. kommunale Aufgabenträger bei der Vorbereitung und Umsetzung von Vorhaben zur Erhöhung der Energieeffizienz im Rahmen der Klimaschutzinitiative.
Batteriespeichersysteme
GIREA® ist die Marke für regenerative Energieerzeugung plus intelligentes Energie-Management inklusive Energie-Speicherung
Um elektrische Energie zu gewinnen, ist der Einsatz von PV-Anlagen klimafreundlich und hocheffizient. Die tageszeitbedingte Überproduktion kann in Batteriespeicher eingespeist werden. Somit können Schwankungen in der Energieversorgung ausgeglichen werden.
Vom gewerblichen bis zum industriellen Maßstab bietet das Batteriespeichersystem GIREA® hierfür individuelle Lösungen bei Neubau und Nachrüstung. Die Batterien können gleichzeitig als Notstromsystem für die Ausfallsicherheit der Anlage dienen.
GIREA® als Inselbetrieb:
- PV Anlage
- Management Board (Intelligentes Energiemanagement)
- Speicherung
Ein Intelligentes Energiemanagement bietet höchste Effizienz bei Abruf und Nutzung der elektrischen Energie. Ob Ersparnis über simple Spitzenlastabdeckung oder als eigenständiger Inselbetrieb lassen sich mit diesem System vereinbaren.
Altbewährt und Effizient! Für die Sicherstellung des Energiebedarfs, werden Batteriespeicher eingesetzt. Diese ermöglichen die Kompensation von Energieschwankungen. Somit lassen sich Energiebedarfe bei konstanter und hoher Auslastung sog. Peaks bedienen. Zur Veranschaulichung des GIREA-Systems gibt es einen mobilen Show Truck:
(Vision LowCarb2NoCarb: Konzept der Wasserstoffspeicherung für gänzlich Nachhaltiges Energiemanagement)
Die Speicherung von Wasserstoff ist die Zukunft der Energiewirtschaft. Hier wird die elektrische Energie direkt genutzt und überschüssige in Form von Wasserstoff gebunden. Die chemische Wandlung lässt sich über Elektrolyseure (Komponente zur Elektrolyse von Wasser) realisieren.
Der Wasserstoff lässt sich ganz nach Anwendung flüssig, als Gas oder sogar in fester Form binden. Mit der Speicherung in Wasserstoff öffnen sich Türen zur Energieverwaltung. Somit kann nicht nur die Energie mithilfe von Brennstoffzellentechnologie in elektrischer Energie umgewandelt werden, sondern auch zur Verwendung als Brennstoff. Die direkte Einbindung in Verbrennungsprozesse oder die Verwendung für Heizsysteme sind somit möglich.
Pumpwerke
Pumpen können die Welt verändern
Pumpen sind für 10 % des weltweiten Energieverbrauchs verantwortlich. Sie sind unverzichtbar und ein fester Bestandteil der Wasserwirtschaft.
Mit der wachsenden Bevölkerung und der dafür erforderlichen Infrastruktur nimmt die Zahl der Pumpen weltweit zu. Dies stellt die Betreiber von Pumpwerken aller Art vor die Herausforderung, trotz mehr und größeren Pumpen gleichzeitig den Energieverbrauch zu senken. Selbst die kleinste Verbesserung der Effizienz macht weltweit einen großen Unterschied aus.
Jede Pumpe hat einen bestimmten Betriebspunkt mit maximalem Wirkungsgrad, eine Kombination aus Förderhöhe, Durchflussmenge und Drehzahl, bei der sie ihre beste Leistung im Hinblick auf Energieeffizienz und Lebensdauer erbringt. Hier wird vom optimalen Arbeits- bzw. Betriebspunkt gesprochen. Selbst bei gut ausgelegten herkömmlichen Pumpsystemen ohne Optimierungssoftware wird sich immer nur ein Betriebsbereich +/- 20% des besten Betriebspunktes einstellen und unnötig hohen Energieverbrauch verursachen.
IntelliPump
IntelliPump dient der intelligenten Pumpensteuerung und Regelung sowie der Energieoptimierung von Pumpen in Wasserver- und Entsorgungsanlagen. Wesentliche Anforderung an die Automation des Pumpensystems ist neben der geforderten hohen Betriebssicherheit, ein automatisch optimierter Pumpenbetrieb durch eine dynamische Drehzahlregelung, mit der Möglichkeit zur Verbesserung des Pumpenwirkungsgrades. Des Weiteren muss die Möglichkeit bestehen, den Förderstrom auf eine frei einstellbare Sollwertvorgabe zu regeln oder zu begrenzen, indem die Pumpe konstant über die Drehzahl (Fu) an verschiedene Betriebsbedingungen optimal angepasst wird.
Vorteile
- kontinuierliche Überwachung des Betriebspunktes
- Früherkennung von Verschleiß/Verzopfung und erhöhten Druckverlusten
- sofortige Fehlererkennung und Abschaltung bei Über-/Unterlast
- transparente grafische Betriebsanalyse mit Pumpen-/Anlagenkennlinie und Anzeige aller relevanten Prozessdaten
- Monatsauswertung Lastprofile sowie Betriebs- und Energiedaten
- Berücksichtigung Einzel-/Parallelbetrieb (Grundlast-/Spitzenlastbetrieb)
- benutzerfreundliche Parametrierung
- automatische Systemoptimierung bei Einzelbetrieb über Frequenzregelung (Pumpenbetrieb mit optimalem Wirkungsgrad)
- Visualisierung, Steuerung, Diagnose und Optimierung in einem System
Ist - Zustand
Optimiert
Innovative Lösungen zur Wärmerückgewinnung
Energieoptimierung im Abwassernetz
Steigende Energiepreise rücken bei Abwasserbehandlungsanlagen das Thema Energieeffizienz immer stärker in den Vordergrund. Erhöhter Kostendruck und die angestrebte CO2-Einsparung erfordern eine Verbesserung der Energiebilanz insbesondere auf Kläranlagen.
Zunehmend Beachtung findet die bisher weitestgehend ungenutzte Wärme aus Abwasser von privaten Haushalten, öffentlichen Einrichtungen und der Industrie. „Das Potenzial dieser erneuerbaren Energiequelle ist sehr groß. Mit Abwasserwärme könnten – vom Angebot her – 10% aller Gebäude in Deutschland beheizt werden“ (DWA-M 114).
Durch Wärmeaustausch zwischen dem kalten Rohschlamm und dem warmen ausgefaulten Klärschlamm werden erhebliche Einsparungen bei der Schlammerhitzung erzielt.
Abwasser als Wärmequelle – Temperaturvergleich der Quellen
Was ist Wärmeübertragung?
Wärmeübertragung läuft über drei Übertragungswege ab:
- Wärmeleitung
- Wärmeströmung
- Wärmestrahlung
Basiswissen
Die Wärmeübertragung zwischen der Oberfläche eines festen Körpers und einer Flüssigkeit wird in der Physik als Wärmeübergang bezeichnet. Von Wärmedurchgang wird gesprochen, wenn Wärmeleitung von einer Flüssigkeit durch ein Trennmaterial auf eine andere Flüssigkeit stattfindet.
Das Maß für diesen Wärmedurchgang ist der Wärmedurchgangskoeffizient (k-Wert), er wird in erster Linie durch die Wärmeleitfähigkeit und Dicke des Trennmaterials bestimmt. Der Wärmedurchgangskoeffizient wird in W/(m²*K) angegeben. Er gibt also die Wärmemenge an, die in einer Stunde durch einen Quadratmeter hindurchgeht, wenn der Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenfluid 1K (1K=1°C) beträgt. Je größer der Wärmedurchgangskoeffizient also ist, umso höher ist der Wärmestrom zwischen den zwei Flüssigkeiten.
Varianten der Wärmerückgewinnung
Für die unterschiedlichen Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung aus dem Kanal- und Kläranlagenbetrieb bietet HST innovative Wärmetauschersysteme, die – je nach Anforderung – mit IT-Applikationen ausgestattet werden, um die Prozesseffizienz zu überwachen und zu optimieren.
Pure flux P
Rohrwärmetauscher haben eine auf dem Rohrmantel außen aufgesetzte Radialspirale für den Zwischenkreis. Sie sind eine ideale Ergänzung von SOWIESO-Rohren zur Wärmeaustauschfunktion. Wärmetauscher nach diesem Prinzip eignen sich auch für große Nennweiten und zur Nachrüstung bzw. Integration in bestehende Rohrleitungen.
Anwendungsbeispiel: Hochwasserpumpwerk, Dieselaggregat
Technische Daten:
- Anzahl 3 Stück
- Nennwärmeleistung 214 kW
- Durchmesser DN900
- Wirklänge 730 mm
- Durchfluss 800 l/s
- Kühlkeis 9,5 m³/h
- Kühlung: 85/65°C
Pure flux P2
Das effiziente System für die Abwasserwärmenutzung: Abwasser bietet mit seinen hohen Temperaturen eine ideale Wärmequelle für Wärmepumpen und steht als alternative Energiequelle der Geothermie oder Grundwassernutzung in nichts nach. Mit Hilfe des in Systembauweise entwickelten Wärmetauschers wird dem Abwasser so die Wärme entzogen, die durch die vorherige Nutzung ohnehin eingebracht wurde.
Anwendungsbeispiel: Molkereiabwasser
Technische Daten
- Anzahl 3 Stück
- Spitzenleistung 120 kW
- Wärmetauscherfläche 6,3 m²
- Durchmesser DN65
- Durchfluss 80 m³/h l/s
- Nahwärmenetz 14 m³/h
Wärmerückgewinnung: 10/15 °C
Schlamm-Rekuperator
Der Schlamm-Rekuperator in Modulbauweise ist ein einfaches und effizientes Verfahren zur Energieoptimierung im Bereich der Schlammbehandlung. Die Wärmetauscher-Module („Rekuperatoren“) übertragen auf physikalisch-mechanischem Weg die Wärme des warmen, ausgefaulten Schlamms, indem dieser im Gegenstrom über eine Kontaktfläche am kalten Rohschlamm vorbeigeführt wird. Die notwendige Rohschlamm-Aufheizung mit Heizöl oder Erdgas kann somit entfallen bzw. ist reduziert.
Anwendungsbeispiel: Kläranlage Bestwig-Velmede
Technische Daten
- Anzahl der Module: 24 Stück
- Nennwärmeleistung: 50 kW
- Wärmetauscherfläche: 67,2 m²
- Schlammdurchsatz & Rohschlammmenge: je 54 m³/d
- Temperaturanhebung & Abkühlung: 10 K
IntelliStream für Wärmetauscher
System für selbstüberwachende Verschmutzungsgrad-detektion zur Gewährleistung optimaler Reinigungsergebnisse und effizientem Wärmetauscherbetrieb
Die häufigste Ursache für den ineffizienten Betrieb von Wärmetauschern im Abwasser ist die Bildung von Biofilmen. Die Wärmeübertragung der Konstruktionen wird dabei massiv beeinträchtigt.
Durch IntelliStream wird die Wärmeübertragung kontinuierlich überwacht und negative Einflüsse durch Verschmutzungen des Wärmetauschers erfasst. Hierdurch werden automatische Reinigungszyklen erst eingeleitet bzw. Warnmeldung generiert, wenn diese erforderlich sind, um so einen optimalen und effizienten Wärmetauscherbetrieb zu erreichen. Somit wird energieoptimiert und je nach Zusammensetzung des Quellmediums eine betriebsorientierte Reinigung eingeleitet.
Vorteile
- Kontinuierliche Überwachung des Betriebspunktes, Früherkennung von Ablagerungen, welche die Wärmeübertragung beeinflussen und zustandsorientierte Verlegungsbeseitigung bzw. Warnmeldung.
- Dank IntelliStream ist es zukünftig möglich, durch fortlaufendes Condition-Monitoring die Entstehung von Biofilmen frühzeitig zu erkennen und diese anschließend vollautomatisch zu beseitigen
- Aufwändige Analysen haben zu einer einmaligen Betriebspunktunabhängigen Regelung geführt, mit dessen Hilfe Sie die Effizienz Ihrer Wärmetauscher drastisch steigern können
Fazit
Um Energieautarkie in der Wasserwirtschaft anzustreben, ist eine Kombination aus Energieeinsparung, Eigenenergiegewinnung und Energiespeicherung der Schlüssel. Die größte Einsparung kann durch die Optimierung von Pumpwerken mit IntelliPump erreicht werden. Eigenenergiegewinnung durch Wärmetauscher und PV-Anlagen tragen wesentlich zur Energieautarkie bei. Die Speicherung überschüssiger Energie für eigenenergiearme Phasen erfolgt am effektivsten sowohl in Batterien als auch mit Wasserstoff und eignet sich auch für die Notstromreserve.
Insgesamt gibt es heute praxiserprobte 4.0-Ausrüstung, um sich fremdenergieunabhängiger zu machen. Energierelevante Projekte werden durch viele Fördermaßnahmen unterstützt. Angesichts der Energieverknappung und der klimatischen Veränderungen ist eine Verzögerung von Energieprojekten nicht nur schädlich für die Betriebssicherheit.
