Energie in der Abwasserreinigung

BHKW 1973 - 2001 BHKW 1985 - 2001 BHKW 1993 - 2007 BHKW 2002 - 2007 BHKW 2007 - 2017 BHKW 2017

Energie kann grundsätzlich in zwei Teile zerlegt werden

Exergie:

Das ist jener Teil der Energie, der in andere Energieformen umwandelbar ist. Also zum Beispiel in mechanische Antriebsenergie (Belüftungsgebläse) oder elektrische Energie (Generator).

Anergie:

Das ist jener Teil der Energie, der nicht mehr in andere Energieformen umwandelbar ist. Also zum Beispiel Kühlwasserabwärme oder Abgasabwärme.

Energie ist offenbar nicht nur eine Frage der Quantität, sondern vor allem auch der Qualität

Bisherige Technologien der Energie- Erzeugung und Nutzung nehmen auf diese physikalischen Gesetzmässigkeiten kaum Rücksicht. Bei der Erzeugung elektrischer Energie in Atomkraftwerken wird die unverwertbare Wärme (Anergie) über Kühltürme vernichtet. Elektroheizungen verbrauchen hochwertige elektrische Energie (Exergie) um niederwertige Heizwärme umzuwandeln. Aber auch in den Heizungskesseln unserer Wohnhäuser wird hochwertig, chemisch gebundene Energie (Heizöl) in niederwertige Heizwärme umgewandelt, ohne dass der Anteil (Exergie) zur Erzeugung von hochwertiger elektrischer Energie genutzt wird.

Zukünftige Technologien der Energie- Erzeugung und Nutzung nehmen deshalb Rücksicht auf sie Qualität der verschiedenen Energieformen; oder besser ausgedrückt, sie versuchen den Anteil Exergie beim Umwandlungsprozess möglichst hoch zu halten.

Wärmekraftkopplung (WKK)

Die Wärmekraftkopplung löst dieses Problem wie folgt:

Ein Gasmotor treibt einen Generator an und erzeugt so etwa einen Drittel 25 - 35 % hochwertige elektrische Energie. Die Abwärme wird mit möglichst geringen Verlusten als Heizwärme genutzt.

Blockheizkraftwerk (BHKW)

Wenn alle Komponenten einer Wärmekraftkopplung, Gasmotor (mit umweltfreundlicher Magermotorsteuerung), Generator, Wärmetauscher für die Abgas- und Kühlwasserabwärme des Gasmotors in Blockbauweise zusammengebaut werden, definiert man das Ganze als Blockheizkraftwerk (BHKW). Durch Kapselung des Blockheizkraftwerkes kann man mit einer geeigneten Lüftungsanlage durch Rückgewinnung der Strahlungsabwärme den Wirkungsgrad steigern.

BHKW in Abwasserreinigungsanlagen

Abwasserreinigungsanlagen eigenen sich aufgrund der Strom- und Wärmebedarfsstruktur hervorragend für den Einsatz von Blockheizkraftwerken.

BHKW werden in Abwasserreinigungsanlagen gasabhängig gefahren, die BHKW Anlagen laufen, wenn eine ausreichende Menge Klärgas vorhanden ist. Um diese Schwankungen zu Puffern muss eine Gasspeicheranlage (z. B. Nassgasometer oder Trockengasometer) zur Verfügung stehen. Da die Faulbehälter ständig Wärme benötigen, entsteht in der Regel nur in den Sommermonaten ein Wärmeüberschuss. Die erzeugte elektrische Energie wird in der Anlage für den Betrieb der Belüftungsanlagen und Abwasserpumpen benötigt, es wird somit der Bezug der elektrischen Energie reduziert.

Die BHKW-Gasmotoren werden zur Emissionsminderung von CO, NOx und HC als Magermotor gefahren (Luftüberschuss Lambda = 1,5), damit kann auf den Einsatz eines Katalysators, der im Klärgasbetrieb nur kurze Standzeiten hätte, verzichtet werden.

Gasmotor betrieben als Magermotor

Der Magermotor ist ein Ottomotor, der mit Luftüberschuss arbeitet.

Dafür wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch so eingestellt, dass mehr Sauerstoff in den Brennraum gelangt, als zur Verbrennung des Kraftstoffs nötig ist.
Dadurch kann die Emission von Stickoxid (NOx), Kohlenmonoxid (CO) Kohlenwasserstoffen (HC) sowie der Kraftstoffverbrauch verringert werden.

Eine Verringerung der Stickoxide (NOx) beim Magermotor kann durch weitere Massnahmen erreicht werden: Eine höhere Zündspannung (elektronische Hochspannungskondensatorzündung) verschiebt die magere Laufgrenze insbesondere beim Kaltstart. Diese Motoren werden mit einem hohen Luftüberschuss betrieben (Lambda 1,5). Dadurch reduzieren sich die Stickoxide erheblich.

Aufgrund der im Klärgas enthaltenen Begleitstoffe (Silicate) muss das Motorenöl je nach Gasbeschaffenheit bereits alle 800 bis 1000 Betriebsstunden gewechselt werden. Durch die Vergrösserung des Motorölvolumens mit einem Nebenstromtank kann der Ölwechsel auf 1200 bis 1500 Betriebstunden erhöht werden.

Generator

In der Regel wird der Gasmotor mit einem Stromerzeugenden Generator gekoppelt. Der Generator gibt den Strom in das Stromnetz ab und von dort bezieht ein Elektromotor Strom, um damit ein Belüftungsgebläse für die biologische Reinigungsstufe anzutreiben.

In diesem Kreislauf entstehen die folgenden Verluste:

Direktkoppelung mit Belüftungsgebläse

Um diese Verluste zu umgehen scheint es logisch, den Gasmotor direkt an ein Belüftungsgebläse zu koppeln.

Schematische Darstellung Energieausnutzung eines Blochheizkraftwerkes (BHKW)

Diagramm von BHKW

Diagramm Energieverteilung BHKW

Zurück zu Energie Zurück zum Inhaltsverzeichnis Zurück zum Rundgang

Seite erstellt:  04.08.2005

  © 2005 - 2018  Impressum:  Zweckverband  ARA Untermarch    Abwasserreinigungsanlage
  Aastrasse 30    CH-8853 Lachen SZ    Telefon +41 55 442 26 25

letztes Update:  03.08.2018

Besucher seit: 12. April 2010

Besucherzaehler