Studie zur Aufbereitung und Einspeisung von Faulgas auf kommunalen Kläranlagen

Projektdaten
AntragstellerWupperverband
PartnerWiW mbH - Stadtwerke Solingen GmbH
Beginn des Projektes10/2008
Abschluss des Projektes04/2011
FördermittelgeberBezirksregierung Düsseldorf
Ziel des Projektes

Auf kommunalen Kläranlagen mit Schlammfaulung ergeben sich bei einer Nutzung des erzeugten Klärgases in BHKW-Anlagen temporär im Jahresverlauf Wärmeüberschüsse. Bei Einsatz einer Co-Fermentation werden diese deutlich vergrößert. Eine Aufbereitung des Klärgases auf Erdgasqualität mit einer nachfolgenden Einspeisung in das öffentliche Gasnetz könnte eine effizientere Nutzung des Primärenergiepotentials ermöglichen. Der weiter bestehende Wärmebedarf der Kläranlage könnte über eine Abwärmenutzung aus dem gereinigten Abwasser im Ablauf abgedeckt werden. Der Strombedarf der Kläranlage wäre durch einen Stromfremdbezug aus dem vorgelagerten Stromnetz zu decken. Die Wirtschaftlichkeit eines solchen verfahrenstechnischen Ansatzes wurde in verschiedenen Varianten untersucht.

Arbeitsprogramm

In der Studie wurden die folgenden Nutzungen des Klärgases am Beispiel einer Kläranlage mit einer Anschlussgröße von 150.000 E untersucht.

  • V1: Einsatz für reine Heizzwecke in einer Kesselanlage
  • V2: Eigenstromerzeugung mit Wärmenutzung durch Kraft-Wärme-Kopplung
  • V3: Betrieb der Kesselanlage mit Ausschleusung von Überschussgas
  • V4a: Klärgasaufbereitung und Abgabe; Integration einer Abwasserwärmenutzung
  • V4b: Klärgasaufbereitung und Betrieb eines externen BHKW; Abwasserwärmenutzung


Die bei der Nutzung des Klärgases möglichen Förderungen und Zuschüsse, die sich aus den folgenden Gesetzen ergeben, wurden bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung berücksichtigt:

  • Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG, 2008)
  • Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz (KWKModG, 2008)
  • Gasnetzzugangsverordnung (GasNZV, 2010)
  • Gasnetzentgeltverordnung (GasNEV, 2008)


Als zusätzliche Variante wurde eine Steigerung der Faulgasproduktion durch Einsatz einer Co-Fermentation mit einer Abgabe der resultierenden Überschüsse untersucht. Eine reale Nutzung von Faulgas oder Abwärme an externen Standorten wurde schließlich am Beispiel der Kläranlage Kohlfurth des Wupperverbandes untersucht. In Zusammenarbeit mit den Stadtwerken Solingen wurden vier Objekte durch ein Standort-Screening ermittelt, für die eine detaillierte Betrachtung der Kosten/Nutzen-Situation erfolgte.

Ergebnisse

Die Gasaufbereitung und -einspeisung stellt nach der durchgeführten Studie für den Betrieb von kommunalen Kläranlagen derzeit keine Alternative zu einer konventionellen Gasnutzung dar. Die maßgebliche Ursache hierfür liegt in den hohen Kosten des Stromfremdbezugs und der Gasaufbereitung. Diesen steht nur ein geringerer Ertrag aus dem Verkauf des erzeugten „Bioerdgases“ bzw. der hieraus in externen BHKW-Anlagen möglichen Wärme- und Stromerzeugung gegenüber. Eine thermische Entlastung des Vorfluters, die sich bei einer Klärgasabgabe mit dann eingesetzter Nutzung von Abwasserwärme zur Wärmebedarfsdeckung ergeben könnte, ließ sich in einer Beispielrechnung für eine bestehende Kläranlage nicht nachweisen.

Ein möglicher Lösungsansatz könnte in dem Aufbau lokaler Energienetze bestehen, bei denen Überschüsse an Gas, Strom oder Wärme direkt an geeignete Nutzer abgegeben werden. Das mittels Co-Fermentation produzierte Klärgas würde auf der Kläranlage verstromt und die produzierte Strommenge vorrangig intern genutzt. Über den Eigenbedarf hinausgehende Strom- und Wärmemengen würden in das vorgelagerte Versorgungsnetz bzw. in ein aufzubauendes Nahwärmenetz eingespeist. Die Beispielrechnung für eine bestehende Kläranlage ergab, dass eine Wirtschaftlichkeit insbesondere für den stromautarken Betrieb der Kläranlage erreicht werden kann.

Die Wirtschaftlichkeit einer darüber hinaus gehenden Co-Fermentation hängt in hohem Maße von der Vermarktung der anfallenden Überschüsse an Strom und Wärme durch die Betreiber von Kläranlage und Versorgungsnetz ab.

Nutzen für den Wupperverband

Die Erfahrungen aus dem Forschungsprojekt gehen in die weitere Vermarktung von Energieüberschüssen des Wupperverbandes, z.B. an Faulgas Wärme oder elektrischer Energie, ein.

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