Nutzung von Restwärme aus Abwasser – Berliner Praxiserfahrungen

Nutzung von Restwärme aus Abwasser –
Berliner Praxiserfahrungen
Forschung u. Entwicklung
Instandhaltung
Regina Gnirß, Jan Waschnewski
Andreas Irmer, Alexander Schitkowsky
Abwasserwärme - Energie braucht Ideen
1. Einleitung
2. Technologien zur Wärmerückgewinnung
3. FE-Projekt Schwimmhalle Schöneberg
4. Projektgrundlagen und -beispiele
5. Fazit
Wasser Berlin - Regina Gnirß u. Andreas Irmer
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1. Einleitung
Klimaziel
2020
Klimaschutzziele
Emissionen bis 2020 um 40% gegenüber 1990 senken
- nachhaltige und klimafreundliche Energieversorgung in Berlin
- Einführung eines Energiestandards für Gebäude
Berliner Wasserbetriebe – Kooperationsvereinbarung mit Senat
- Energieeinsparung
- Energierückgewinnung
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Innovation Energetische Optimierung
1. Einleitung
Innovationen
Projekte zur Optimierung der Energiebilanz, z.B.
- Fotovoltaik
- Wärme aus Abwasser
- CO-Vergärung
- Rückgewinnung Phosphor
- Windenergie
Intensivierung struktureller Ansätze, z.B.
- Rohwassergewinnung
- Verteilungskonzept
- Klärschlammstrategie
Energetische Risiken, z.B.
- Weitergehende stoffliche Anforderungen
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1. Einleitung
Energie einsparen, ja
dadurch werden wir nachhaltiger !!
Aber: die Wasserversorgung und Abwasserreinigung machen
zusammen ca. 2,2 % des elektrischen Gesamtenergieverbrauchs in
Deutschland aus.
28,7 %
Verkehr
26,8 %
Industrie
Gesamt (2005):
9137 PJ
28,8 %
Haushalte
15,7 %
GHD
75
11
8
4
2
%
%
%
%
%
Raumwärme
Warmwasser
Mechanische Energie
Sonstige Prozesswärme
Beleuchtung
Quelle: Statistisches Bundesamt, Umweltökonomische Gesamtrechnungen, 2006
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1. Einleitung
Bereich Energieeffizienz
Wärmeleck
Abwasserleitung
•
Einem nach geltenden Vorschriften erstellten
Neubau gehen rund 15% der zugeführten
Heizenergie über Abwasser verloren
•
Etwa 5% der Bevölkerung in Deutschland
bzw. 10% des Gebäudebestandes besitzen
Potential mit Energie aus Abwasser versorgt
zu werden
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2. Technologien zur Wärmerückgewinnung
Effizient
für
große
Gebäudekomplexe
Rückgewinnung
Rückgewinnung im
Rückgewinnung
im Gebäude
Entwässerungssystem
in der Kläranlage
(gereinigtes Abwasser)
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2. Technologien zur Wärmerückgewinnung
Funktionsprinzip
Effiziente
Nutzung
von Primärenergie
Primärenergie
Abwasserkanal
Wärmerückführung
Wärmerückgewinnung
Primärenergie
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2. Technologien zur Wärmerückgewinnung
Durchfluss und Temperatur (Winter)
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2. Technologien zur Wärmerückgewinnung
Effizient für
große
Gebäudekomplexe
•
Wärme aus dem Kanal:
•
Rinnenwärmetauscher
(Nachrüstung)
•
Kanalrohr mit integriertem
Rinnenwärmetauscher (Neubau)
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2. Technologien zur Wärmerückgewinnung
Effizient für
große
Gebäudekomplexe
•
Wärme aus ADL
•
Wärme aus dem Druckrohrkanal
(Nachrüstung oder Neubau)
z.B. System Rabtherm
Doppelmantelrohrwärmetauscher
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2. Technologien zur Wärmerückgewinnung
Effizient für
große
Gebäudekomplexe
•
Wärme aus gereinigtem Abwasser
•
z.B durch Plattenwärmetauscher
Quelle: Huber
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3. FE-Projekt Schwimmhalle Schöneberg
Pilotprojekt
Schwimmhalle
Schöneberg
Quelle: BWB
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3. FE-Projekt Schwimmhalle Schöneberg
Pilotprojekt
Schwimmhalle
Schöneberg
Verbraucher:
Beckenwasser
: 77 kW
Warmwasserbereitung
: 53 kW
Fußbodenheizung : 37 kW
CO2-Reduzierung : 90 t/a
Gasabsorptionswärmepumpe
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3. FE-Projekt Schwimmhalle Schöneberg
Pilotprojekt
Schwimmhalle
Schöneberg
Wärmebedarf
: 167 kW
Abstand zum Kanal
: ca. 150 m
Auslastung
: kontinuierlicher Grundlastbedarf
Kanalgröße
: Eiprofil (2.100 / 1.400 mm)
- Mischwasserkanal
Abwassertemperatur
: ≥ 12 °C
Länge Wärmetauscher
: 50 m
Contracting
Kooperation
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3. FE-Projekt Schwimmhalle Schöneberg
Pilotprojekt
Wärmebedarf:
Wärmeerzeuger aktuell:
1.039 MWh / a
2 Gasbrenner mit je 1.750 kW
Wärmeangebot Kanal:
>150 kW
Temperaturdifferenz Abwasser:
2 K max.
Heizleistung der geplanten Gasabsorptions WP:
4 x 42 kW
Primärenergieaufnahme Gasabsorptions WP:
4 x 25 kW
Inbetriebnahme:
September 2012
Gesamtinvestitionskosten:
ca. 520.000 €
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4. Grundlagen
1. Abwasserdruckrohre (und auch Abwasserkanäle) können als
Niedertemperatur-Fernwärmenetz verstanden werden,…..
2. …. weil es von den „Produzenten“ erwärmt wurde, hat das Abwasser
ein höheres mittleres Temperaturniveau als seine Umgebung
3. Die Rückgewinnung dieses Wärmepotenzials ist umwelttechnisch
sinnvoll und kann bereits heute wirtschaftlich interessant sein
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4. Grundlagen
etwa 7 % des Berliner Schmutz- und Mischwasserkanalnetzes
sind größer DN 700, dies entspricht ca. 416 km
286 km 75 km
55 km
Durchmesser
600 km
-250
251-400
1236 km
3978 km
401-700
701-1200
1201-1600
>1600
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4. Wärmeleck Kanal?
12%
6%
4%
2%
76%
Warmwasser
Kühlen, Waschen
Kochen
Licht
Heizung
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Endenergiebedarf im Musterhaushalt:
ca. 85 % der Haushaltsenergie
(Bestand) gehen als Wärme über
die thermische Hülle verloren
ca. 15 % gehen in die
Warmwasserbereitung
und somit über den Kanal verloren
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4. Wärme aus Abwasser_Kanal
Kanaldimension: > DN 800 (im Bestand) bis DN 500 bei Neubau
Trockenwetterabfluss: > 16 l/s (im 24h-Mittel)
Abwassertemperatur: ganzjährig > 12°C, ∆Tmax 2…4 K
Kanalalter: Neubau (ideal) je nach Zustand < 60 y, andernfalls
Sanierungsbedarf prüfen
Kanalhydraulik:
•
M-Kanal darf beim Regenereignis (1jährig / 5jährig) nicht eingestaut
werden
Entfernung zum Objekt: < 150 m
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4. Wärme aus Abwasser_Druckrohr
Hauptförderleitung
Verfügbarkeit: > 98 %
kurze Stillstandszeiten
Alter und Material der Hauptleitung (Nutzungsdauervorrat)
Grundstückssituation
−
öffentlich für Wärmetauscher im Bestand
−
öffentlich oder/ und privat bei Neubau (z.B. Bypass)
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4. Projektbeispiele
Effizient für
große
Gebäudekomplexe
Abwasserwerke:
• OWA Tegel
•
(240 kW)
Gebäude:
• Hohenschönhausen
•
(8 kW)
ADL:
• IKEA (1.500 kW)
Kanal:
• BMU
•
(50 kW)
• Hellweg in Planung
•
(160 kW)
• Kreuzberg
•
(20 kW)
• Schöneberg
•
(167 / 250 kW)
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4. Beispiel IKEA
Neubau
Druckrohrleitung DN 1000 (Stahl) vorhanden
kürzeste Entfernung Druckrohr
Heizzentrale ca. 150 m
Doppelmantel-Rohrwärmetauscher
als Bypass:
Gesamtlänge: 204 m
Fließgeschwindigkeit: 1 m/s
Volumenstrom: 500-1.400m³/h
Druckverlust durch Wärmetauscher: 0,023 bar
keine hydraulische Beeinflussung des Abwasserstromes
durch Reduzierungen, Einbauten etc.
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4. Beispiel IKEA
Doppelmantelrohrwärmetauscher
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Schieber DN 700
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4. Beispiel IKEA
Installierte Gesamtleistung:
- Wärmeleistung Elektro-Wärmepumpen:
- Gasbrenner für Spitzenlast:
Kälteleistung Wärmepumpen:
Primärenergieeinsparung:
Senkung der CO2-Emissionen:
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2.496 kW
1.476 kW
2 x 510 kW
1.137 kW
ca. 40 %
bis zu 770 t/a
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4. Beispiel IKEA
Winterbetrieb - Heizen
Grafik: IKEA
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4. Beispiel IKEA
Umfangreiches Monitoring inkl. Optimierung der Gesamtanlage im ersten
Betriebsjahr, Betriebserfahrung 12/2010 bis 09/2012:
Winterbetrieb:
Abwassertemperatur: jederzeit > 13°C
∆T Wärmetauscher: deutlich < 2 K
Leistungsbilanz der Wärmepumpe:
COP: bis 7,5 (!) / JAZ: 4,5 nachgewiesen
bislang kein Bedarf für Spitzenlastkessel
Sommerbetrieb:
Abwassertemperatur: jederzeit < 21°C
∆T Wärmetauscher: ca. 1 K
kein Bedarf für Kühlung durch Lüftung
100 % Kühlleistung über Wärmepumpe
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4. Projektbeispiel
Rückgewinnung im Gebäude
Effizient für
große
Gebäudekomplexe
• ca. 400 Mieter
• Abwasserwärmetauscher im Kellergeschoss - Wärmeleistung 8 kW
Quelle: HOWOGE
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5. Fazit I
In der Praxis liegen Wärmebedarf und Angebot meist weit auseinander
Ganzheitliche Projektbetrachtung notwendig
Genaue Kenntnis über langfristigen Wärmebedarf und Wärmeangebot
Positiv auf die Gesamtwirtschaftlichkeit wirken
hohe Betriebsstundenzahl (z.B. Heizung und Kühlung kombinieren)
niedrige Vorlauftemperaturen (z.B. Flächenheizung, mehrstufige
Erwärmung)
kurze Leitungswege
optimierter Anlagenbetrieb
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5. Fazit II
Deutliche Senkung des Primärenergiebedarfs ist möglich und damit
Senkung der CO2-Emission
Senkung der Betriebskosten
Projektvorlaufzeit ist nötig und muss bei der Planung berücksichtigt
werden
Potenzialstudie für Abwasserdruckrohr- und Kanalwärmeangebot ist
sinnvoll
In Berlin werden derzeit weitere Projekte geprüft und umgesetzt
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5. Fazit lll
Abwasserwärmerückgewinnung in Europa im Einsatz
Konkurrenz: Fernwärmenetz
Einzelfallbetrachtung
BWB verfügen über Know-How im Engineering, Bau, Betrieb und
Contracting
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Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit!
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