Energetische Optimierung des wasserwirtschaftlichen Gesamtsystems

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Energetische Optimierung des

wasserwirtschaftlichen Gesamtsystems

Talsperren/Fließgewässer • Trinkwasseraufbereitung • Transport-Speicherung-Verteilung

Wolf Merkel (IWW)

ERWAS-Statuskonferenz – Essen (02. Februar 2016)

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Energetische Optimierung des

wasserwirtschaftlichen Gesamtsystems

■ Talsperren/Fließgewässer

■ Trinkwasseraufbereitung

■ Transport‐Speicherung‐Verteilung

■ Praxisnahe Forschung in Modellregionen

■ 15 Verbundpartner

■ Koordination: IWW Zentrum Wasser

■ Laufzeit 3 Jahre

■ Gesamtmittel 3,9 Mio € (82 % Förderanteil)

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Untersuchungsbereiche

Schwerpunkte

1. Dynamisierter Anlagenbetrieb

2. EN-Effizienz (Teil- und Gesamtsystem)

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Untersuchungen in Talsperren und Gewässern

x x x x x x x

■ Dynamisierung der Wasserentnahme aus Talsperren

■ umfassendes Monitoringprogramm im Staukörper

■ Untersuchungen des ökologischen Zustandes im Unterlauf

0 10 20 30

22.6.15 0:00 23.6.15 0:00 24.6.15 0:00 25.6.15 0:00 Pegel Attendorn/Bigge Q [m³/s]

Zeitpunkt der Messungen

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Zwischenergebnisse Staukörper

■ keine signifikante Beeinflussung der Rohwasserqualität

■ Reduzierung des Hypolimnions von ca. 22,5 m auf ca. 15,5 m

 dennoch stabile Temperaturschichten des Staukörpers, keine Kurzschlussströmungen

 frühere Zirkulation durch leichte Erwärmung des Tiefenwassers

■ kein vertikaler Trübungstransport

■ niedrigere Eutrophierung

■ im Unterlauf: deutliche Auswirkungen der Talsperre, aber biologische Effekte einer Dynamisierung bislang nicht

erkennbar (Auswertung laufend)

0 10 20 30 40

0 6 12 18

18.06.2013

0 6 12 18

16.07.2013

0 6 12 18

13.08.2013

0 10 20 30 40

0 6 12 18

24.06.2014

0 6 12 18

22.07.2014

0 6 12 18

26.08.2014

0 10 20 30 40

0 6 12 18

23.06.2015

0 6 12 18

25.08.2015

0 6 12 18

21.07.2015

Wassertiefe [m]

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Turbinen im Ablauf von Talsperren

■ Turbineneinsatz in Talsperre mit Rückwirkung auf Abflussregime

Exemplarische Pegelstände des Unterlaufs nach Simulation

Gleichmäßiger Pegel im Unterlauf ohne Dynamisierung Strompreisabhängiger Pegel durch Dynamisierung

 Untersuchung weiterer Einschränkungen des Abflussregimes

0 20 40 60 80

0 1 2 3 4

Ohne Dynamisierung Ökonomische Dynamisierung

Ökologische Dynamisierung Spotpreis

Strompreis

m³ s

Pegel

Cent kWh

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Turbinen im Ablauf von Talsperren

■ Einfluss einer Dynamisierung von Talsperre auf Stromerlöse

Verwendung derselben Wassermenge (m³/d) Optimale Nutzung

Steigende Erlöse (5,3%/a) durch zeitlich optimierte Stromerzeugung Leichte Reduktion der Erlöse (-0,8%/a) durch ökologische Einschränkung im Unterlauf (Schwallbetrieb)

 Flexible Stromerzeugung aus energiewirtschaftl. Sicht sinnvoll

94%

96%

98%

100%

102%

104%

106%

Ohne Dynamisierung

Ökonomische Dynamisierung

Ökologische Dynamisierung

Erlöse Stromerzeugung

+5,3%/a

-0,8 %/a

Referenz

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Untersuchungen in Wasserwerken

■ Untersuchungen zum Einfluss von Durchsatzschwankungen auf Aufbereitungsanlagen

Ultrafiltrationsanlage Flockung

Ozonung –Tiefenfiltration – Aktivkohle

■ Energetische Optimierung von Filterspülregimen

■ Energetische Potenziale Heizung/Entfeuchtung

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Zwischenergebnisse Wasseraufbereitung

■ Analyse eines Beispiel-Wasserwerkes:

Energieeinsparpotential von über 200 T kWh/a

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Zwischenergebnisse Wasseraufbereitung

■ Untersuchungen zu

Durchsatzschwankungen auf Aufbereitungsanlagen

Einsparpotential:

11 % bei Mindestdurchsatz 25 % wenn Abschaltung

zulässig

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Zwischenergebnisse Wasseraufbereitung

12

Folge:

Belastung der nachfolgenden

Mehrschichtfiltration Verkürzung der

Spülintervalle

Nächste Analyseschritte:

Bewertung von

Einsparpotenzial und Mehraufwand

Technische / ökonomische Optimierung

■ Einfluss auf die Wasserqualität am Beispiel der Flockung

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Zwischenergebnisse Verteilungsnetze

eine verbundene Hochzone zwei getrennte Hochzonen

Beispiel für optimale Druckzonengestaltung

■ Anteil der Hochzonen am Gesamtbedarf der Druckzone: ca. 3 %

■ Reduktion des Einspeisedrucks: -1,1 bar

■ Barwert der eingesparten Energiekosten über 30 Jahre:

171.000 € ^Legende: 220.000 €

Leitungen der Tiefzone

Höchst gelegene Abnehmer für die Hochzone

Leitungen in die Hochzone zum Anschluss eines weiteren Hochpunkts Leitungen in die Hochzone (zunächst) für den Zusammenhang des Netzes

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Zwischenergebnisse Verteilungsnetze

■ Maßnahme 1: Dezentrale Druckerhöhung in Gebäuden zwar

energiesparend, aber nicht wirtschaftlich darstellbar (Investitionskosten)

■ Maßnahme 2: optimale Druckzonen- gestaltung aus Geodäsie,

Geschosshöhen und Wasserbedarf:

 energetisch: fast so sinnvoll (geringfügig weniger) wie die Maßnahme 1  wirtschaftlich: deutlich besser als Maßnahme 1

 Gesamtwirtschaftlichkeit (Kosten vs. Nutzen): noch offene Frage (wird untersucht, sobald alle Modelldaten vorhanden sind)

■ Maßnahme 3: an Energiepreis angepasste Fahrweise von Pumpen und Behältern spart Kosten

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■ Identifikation und Beschreibung von Abhängigkeiten

Trigger-Response-Beziehungen

■ Tool für Kausalkettenanalyse

Generisch: beliebige TR-Beziehungen Unsicherheiten und Kosten können berücksichtigt werden

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AP C: Management im Verbund

Trübung

= f(Abfluss)

Druck- verlust

= f(Trübung)

Aufbereitungs- menge

= f(Druckverlust)

Trinkwasser- menge

= f(Speicher-

volumen)

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Bürgerbeteiligungsverfahren

■ 16 Fachvorträge und Referenten

■ 54 Teilnehmer

„Unser Wasser im Bergischen: Talsperren im Fokus vielfältiger Interessen“

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■ Thema: Energetische Optimierung (III):

Optimierung des Gebrauchs und Verbrauchs von Wasser

■ Frage: Welche

Möglichkeiten zur Optimierung

erkennen Sie im

Umgang mit Wasser?

Bürgerbeteiligungsverfahren

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ENERWA: Erfahrung, Wissen, Potenziale

Erfahrung, Wissen und Potenziale verfügbar machen und an die richtigen Adressaten weitergeben …

■ … Erfahrungen und Wissen aus ENERWA, zum Beispiel

Best-Practice Handbuch „Energieeffiziente Wasserwirtschaft“

- Entwicklungsszenarien „kosten-, ökologisch-, lastoptimierte Versorgung“

- Leitfaden „Energiepotenziale bei der Wasseraufbereitung“

- Optimierungsverfahren in Verteilungsnetzen

- Einsparpotenziale der deutschen Wasserversorgung

■ … Potenziale und Hürden

Empfehlungen zum Rechtsrahmen und zum Regelwerk

■ … Schulungsmaterialien

Curricula zum Thema „Energieeffizienz“

■ … Web-Dienst zur Energieeffizienz ENERWA Web-Portal:

Informationen, Modellansätze und standardisierte Lösungen für EN-Effizienzfragen

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Ihre Ansprechpartner zu ENERWA

■ Koordination ENERWA

IWW - Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasserforschung gGmbH

Dr.-Ing. Wolf Merkel Dipl.-Ing. Anja Rohn Gesamtkoordination

Moritzstr. 26 · 45476 Mülheim an der Ruhr +49-208/40303-384

w.merkel@iww-online.de a.rohn@iww-online.de