Ein Pilotprojekt zur alternativen Energiegewinnung

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Energiereservoir: Nach dem Duschen, Baden, Waschen und Spülen verlässt das Wasser die Gebäude mit einer mittleren Temperatur von 25 °C.

und ist in der Kanalisation im Jahresmittel noch 15 °C warm. Mit dieser bislang verschenkten Energie könnten zwei bis vier Millionen Wohnungen versorgt werden. Die Stadt Straubing willl in einem Pilotprojekt jetzt einen aus elf Gebäuden bestehenden Mietwohnungskomplex der städtischen Wohnungsbaugesellschaft mit dieser Energie beheizen. Die Rahmenbedingungen sind dort besonders günstig. „Es steht sowieso eine generelle energetische Sanierung der Wohnanlage an“, erklärt Cristina Pop vom Tiefbauamt der Stadt. „Neben der Wärmedämmung der Fassaden sollen auch die Ölbrenner in den Wohnungen durch eine moderne Zentralheizung ersetzt werden.“ Der Komplettaustausch ermöglicht den Wechsel zu einer Fußbodenheizung, die eine niedrige Heizungsvorlauftemperatur verlangt und damit für das geplante Wärmepumpensystem besonders geeignet ist. Außerdem verläuft in unmittelbarer Nähe einer der Hauptsammler des Kanalsystems mit einem durchschnittlich en Trockenwetterabfluss von 160 m3/h. „Aus dieser Abwassermenge lässt sich bei einer Temperaturabsenkung von 1°C täglich zwischen 420 und 840 kWh Heizenergie gewinnen, was den Jahresheizwärmebedarf von 1 000 MWh der insgesamt 7150 m2 Wohnfläche deutlich übersteigt“, rechnet Dr. Oliver Christ vom Ingenieurbüro GFM vor. „Der Ensatz eines neu enwickelten Bypass-Verfahrens ist hier die technisch und wirtschaftlich sinnvollste Lösung ist.

Eine Temperaturabsenkung von 1 °C liefert ausreichend Energie

Das Konzept sieht im Detail folgendermaßen aus: In einem eigens gebauten Entnahmenschacht ziehen zwei Pumpen einen Teil des Abwassers aus dem Hauptsammelkanal ab und fördern es über eine knapp 100 m lange Leitung zu einem rund 45 m2 großen Betriebsgebäude. Hier strömt es durch eine Siebanlage aus Edelstahl. Der Wärmetauscher verfügt über eine geruchsdichte Abdeckung und ist so aufgebaut, dass Fette und Schwimmstoffe ungehindert passieren können. Er wärmt den separate Heizwasserstrom des Gebäudekomplexes vor. Anschließend heben drei Wärmepumpen die Temperatur dieses Wassers auf Vorlauftemperatur der Fußbodenheizung an. Die Verteilung des etwa 45 °C warmen Heizmediums auf die angeschlossenen Wohngebäude übernimmt ein gedämmtes Nahwärmenetz. Nachdem das Abwasser einen Teil seiner Wärme im Wärmetauscher abgegeben hat, fließt es zurück in den Hauptsammelkanal und nimmt auf diesem Weg auch das zuvor entnommene Siebgut wieder mit. Wie bisher geht es dann weiter bis zur Kläranlage, nur die Temperatur des genutzten Abwassers ist um rund 0,5 °C abgesenkt. Mit dem neuen Verfahren soll es nach den Berechnungen der Planer möglich sein, rund 65 % der erforderlichen Heizenergie aus dem Abwasser zu gewinnen. Ein Viertel davon muss als Strom für die Wärmepumpe eingesetzt werden. „Wärmepumpenstrom ist in der Regel zu günstigeren Tarifen zu haben als der übliche Haushaltsstrom“, sagt Oliver Christ von GFM. „Allerdings muss sich der Nutzer damit einverstanden erklären, dass der Strom in Spitzenlastzeiten zeitweise abgestellt wird. Für die Wärmeversorgung ist das nicht weiter tragisch, da Pufferspeicher während der definierten maximalen Ausschaltdauer der Wärmepumpe die Heizwärme speichern.“ Nach Plänen des Tiefbauamts Straubing soll aber auch der Strom für die Wärmepumpe aus Abwasser gewonnen werden. Cristina Pop: „Auf der Straubinger Kläranlage arbeitet eine CO-Vergärungsanlage, die aus Klärschlamm und anderen Bioabfällen Biogas erzeugt. Ein Blockheizkraftwerk gewinnt daraus mehr Strom, als die Kläranlage selbst benötigt.

Die Wärmepumpen sollen Stromvon den Stadtwerken beziehen

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Schematischer Aufbau der Wärmenutzung von Abwasser im Bypass- Verfahren: Im Unterschied zu dieser Darstellung wird beim Straubinger Projekt allerdings die Siebanlage nicht im Abwasserentnahmeschacht, sondern im Betriebsgebäude unmittelbar vor dem Wärmetauscher installiert. Bild: Hans Huber AG

Zusammen mit den Stadtwerken soll nun ein Abrechnungs- und Durchleitungsverfahren gefunden werden, um die überschüssige, ins Netz eingespeiste Energie zum Betrieb der Wärmepumpe bereitzustellen – zumindest virtuell. An besonders kalten Tagen kann es vorkommen, dass die von der Wärmepumpe erzeugte Energie nicht ausreicht, um die Wohnungen angemessen zu heizen. „Für die Abdeckung dieser Spitzenlasten installieren wir in Straubing mit Gas gefeuerte Kombispeicher“, führt Oliver Christ aus. „Diese stehen dezentral im Keller jedes Wohngebäudes und sind eigentlich für die Legionellen-Prophylaxe in der Warmwasserbereitung gedacht. Sie können aber auch gleichzeitig die Heizungsanlage unterstützen.“ Nach den Planungen von GFM sind etwa 10 % der Heizwärme über Erdgas abzudecken. Eine Wirtschaftlichkeitsberechnung zeigte, dass die Pilotanlage bereits bei jährlichen Gaspreissteigerungsraten von 5 % kostendeckend betrieben werden kann. Dazu Cristina Pop: „Die Bewohner zahlen Heizkosten analog zum ortsüblichen Gaspreis. In den letzten vier Jahren ist der Preis von Erdgas für Haushalte um jährlich mehr als 11 % gestiegen, eine gegenläufige Entwicklung ist nicht zu erwarten. Demgegenüber blieben die Kosten für die Abwasserwärmenutzung nahezu konstant. Deshalb wird sich die Anlage – je nach Preisentwicklung – voraussichtlich in 20 Jahren amortisieren.“ Das Anlagenkonzept eignet sich auch für Gewerbe- und Industriebetriebe. Grundvoraussetzung sind allerdings ein vergleichsweise hoher Wärme- und Warmwasserbedarf von über 150 kW sowie geringe Heizungsvorlauftemperaturen. Das zu heizende Gebäude sollte zudem nicht weiter als 100 m von einem Hauptkanal entfernt sein, dessen Abfluss mindestens 15 l/s betragen muss. Sie können aber auch gleichzeitig die Heizungsanlage unterstützen.“ Nach den Planungen von GFM sind etwa 10 % der Heizwärme über Erdgas abzudecken. Eine Wirtschaftlichkeitsberechnung zeigte, dass die Pilotanlage bereits bei jährlichen Gaspreissteigerungsraten von 5 % kostendeckend betrieben werden kann. Dazu Cristina Pop: „Die Bewohner zahlen Heizkosten analog zum ortsüblichen Gaspreis. In den letzten vier Jahren ist der Preis von Erdgas für Haushalte um jährlich mehr als 11 % gestiegen, eine gegenläufige Entwicklung ist nicht zu erwarten. Demgegenüber blieben die Kosten für die Abwasserwärmenutzung nahezu konstant. Deshalb wird sich die Anlage – je nach Preisentwicklung – voraussichtlich in 20 Jahren amortisieren.“ Das Anlagenkonzept eignet sich auch für Gewerbe- und Industriebetriebe. Grundvoraussetzung sind allerdings ein vergleichsweise hoher Wärme- und Warmwasserbedarf von über 150 kW sowie geringe Heizungsvorlauftemperaturen. Das zu heizende Gebäude sollte zudem nicht weiter als 100 m von einem Hauptkanal entfernt sein, dessen Abfluss mindestens 15 l/s betragen muss.

Die Partner – Öffentliche Hand und Privatwirtschaft in Kooperation

Der von der Bayerischen Staatsregierung kofinanzierte Umweltcluster Bayern mit Hauptsitz in Augsburg bündelt das Potenzial der über 2 000 bayerischen Unternehmen im Bereich Umwelttechnologie und unterstützt die Firmen bei der Entwicklung und Vermarktung ihrer Produkte und Verfahren. Beim Straubinger Vorhaben wurde über Kontakte des Umweltclusters zur technischen Umsetzung die Hans Huber AG ins Boot geholt. Der Maschinen- und Anlagenbauer ist auf die Behandlung von Trinkwasser, Abwasser und Prozesswasser spezialisiert. Die Wirtschaftsförderungseinrichtung der Kommune vermittelte den Kontakt zum Münchner Planungsbüro GFM Beratende Ingenieure, das für fast alle Ingenieurleistungen verantwortlich zeichnete.

Umweltcluster Bayern
Tel.: 0821 9 99 87 15
Mail: info@umweltcluster.net
www.umweltcluster.net

GFM Beratende Ingenieure GmbH
Dr.-Ing. Oliver Christ
Mail: christ@gfm.com
www.gfm.com

Hans Huber AG
Mail: gec@huber.de
www.huber.de