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    Abwasserreinigungsanlagen als Regelbaustein in intelligenten Verteilnetzen mit erneuerbarer Energieerzeugung - ARRIVEE

    Beschreibung

    Projektlaufzeit: 04/2014 - 03/2017

    Bearbeiter:

    Veranlassung

    Die eingeleitete Energiewende bedingt weitreichende Umbaumaßnahmen und Innovationen im Bereich der Energieinfrastruktur, -erzeugung und -speicherung. Dies erfordert insbesondere die Entwicklung innovativer und optimierter Konzepte zur Einbindung und Nutzung bereits vorhandener regenerativer Erzeugungseinrichtungen. Übergeordnetes Ziel des Verbundvorhabens „Abwasserreinigungsanlagen als Regelbaustein in intelligenten Verteilnetzen mit erneuerbarer Energieerzeugung – ARRIVEE“ ist die Integration der flächendeckend vorhandenen Kläranlagen mit separater, anaerober Schlammstabilisierung in ein optimiertes Regelenergie- und Speicherkonzept. Sie bieten mit den vorhandenen KWK-Anlagen und den zugehörigen Gasspeichern hervorragende technische Voraussetzungen, um System- und Netzdienstleistungen für Verteil- und Übertragungsnetze zur Verfügung zu stellen, die heute und in Zukunft durch den zunehmenden Ausbau der fluktuierenden erneuerbaren Energien Wind und Sonne erforderlich sind.

    Vorgehensweise

    Im Vorhaben ARRIVEE werden in ineinandergreifenden Arbeitspaketen eine integrierte Systemlösung an der Schnittstelle zwischen Abwasser- und Energiewirtschaft – in Form einer Managementstrategie mit Handlungsempfehlungen für Stakeholder der Region – und Aussagen zum flächendeckenden Einsatz der Techniklösungen in Deutschland erarbeitet. Dies beinhaltet die Identifikation und Analyse von möglichen Regelenergiebausteinen auf Kläranlagen sowie eine Er-mittlung der sich daraus ergebenden Potenziale an Systemdienstleistungen für die Energienetze und die Beurteilung weiterer positiver Effekte, wie z. B. ein vermiedener Netzausbau. Basierend auf den vielfältigen Möglichkeiten, die sich auf der Kläranlage für Speicherung und Umwandlung von überschüssigem Strom aus fluktuierenden erneuerbaren Energien (EE-Strom) ergeben, werden für den Standort Kläranlage Ansätze für Regelenergiekonzepte erarbeitet, technische Anlagenkonzepte für deren Umsetzung entwickelt sowie die Auswirkungen auf Betrieb und Energiebilanz der Kläranlage und die vorgelagerten Verteilnetze analysiert. In Abhängigkeit der Verwer-tungsmöglichkeiten vor Ort sowie der Effizienz der Umwandlungsschritte wird ein gestuftes Nutzungskonzept für überschüssigen EE-Strom entwickelt. Am Beispiel der Kläranlage Radevormwald wird das Zusammenspiel von Markt, Netzlast und Kläranlage näher betrachtet. Mit Hilfe eines ma-thematischen Modells dieser Musterkläranlage werden die Auswirkungen durch externe Regeleingriffe zur Bereitstellung von Systemdienstleistungen unter unterschiedlichen Rahmenbedingungen (wie z. B. fortschreitender Ausbau der erneuerbaren Energien) betrachtet und analysiert. In einem weiteren Schritt werden einzelne Regelbausteine der Kläranlage in ein virtuelles Kraftwerk einge-bunden, um die Praktikabilität der zuvor theoretisch untersuchten Möglichkeiten aufzuzeigen. Dafür wird eine vorhandene Software zur Einbindung von Regelenergieeinheiten auf die kläranlagenspezifischen Anforderungen angepasst und getestet. Durch diese Einbindung von Kläranlagen ergibt sich eine intelligente Mehrfachnutzung bereits vorhandener Anlagentechnik, mit deren Hilfe ein Beitrag zu optimalen Nutzung der Energiepotenziale aus der Erzeugung erneuerbarer Energien erfolgen kann. Diese Möglichkeiten und Potenziale werden im Rahmen von ARRIVEE unter ökonomischen Gesichtspunkten sowohl aus energiewirt-schaftlicher Sicht als auch der Sicht der Kläranlagenbetreiber analysiert und bewertet. Die verfah-renstechnischen, energietechnischen und ökonomischen Arbeitspakete werden mit einem energiepolitischen-energierechtlichen Arbeitspaket verknüpft. Hier werden insbesondere die energie-rechtlichen und energiepolitischen Rahmenbedingungen und deren Veränderungsmöglichkeiten untersucht. Dazu werden mit Hilfe von Experteninterviews und Workshops Szenarien zu Lösungsansätzen für die Anpassung der politisch-rechtlichen Rahmenbedingungen entwickelt.

    Erwartete Ergebnisse

    Mit Erreichen der Projektziele wird ein wesentlicher Beitrag zur inhaltlichen und technischen Verknüpfung technischer Infrastrukturen der Abwasserwirtschaft und der Energieversorgung geleistet. Dies erlaubt eine Quantifizierung des Regelenergiepotenzials von Kläranlagen als flächendeckend vorhandene, öffentliche Infrastrukturanlage und eine Eignungsbewertung unterschiedlicher Regel-und Speicherkonzepte für die Anforderungen seitens zukünftiger Betriebszustände des Energie-netzes. Die neuen Erkenntnisse tragen maßgeblich zur Integration von Kläranlagen mit separater, anaerober Schlammstabilisierung in ein Speicher- und Regelenergiekonzept im Rahmen der Energiewende bei. Die Ergebnisse lassen weiterhin einen wesentlichen Beitrag zur deutlichen Effizienzsteigerung von Abwasserreinigungsanlagen – sowohl kommunal als auch industriell – erwarten. Die vorhandenen Infrastrukturanlagen können für sich stark verändernde Rahmenbedingungen zukunftsfähig, be-triebssicher sowie ökologisch und ökonomisch effizient gestaltet werden. Durch die neuen Erkenntnisse zur Integration von Abwasserbehandlungsanlagen in zukünftige Energiespeicher- und Regelkonzepte im Rahmen der Energiewende wird das Verbundvorhaben ARRIVEE einen Beitrag dazu leisten, dass Kommunen die Dienstleistung der Abwasserentsorgung als Daseinsvorsorge langfristig, nachhaltig und energieeffizient anbieten können. Aufgrund der interdisziplinären Zusammensetzung der Projektgruppe kommt es zu einem Wissen-stransfer zwischen allen Beteiligten, der zur Aneignung zusätzlicher Qualifikationen und Kompetenzen führen wird. Daraus ergeben sich für die beteiligten Beratungs- und Planungsgesellschaften Marktvorteile bei nationalen und internationalen Projekten vergleichbarer Fragestellungen durch innovative Dienstleistungen. Für das zu erarbeitende Konzept wird ein erhebliches Marktpotenzial zur breiteren Anwendung auf Kläranlagen bundesweit gesehen, gegebenenfalls auch zu einer kommerziellen Vermarktung.

    www.erwas-arrivee.de

    Finanzierende Institution(en)

    • BMBF

    Literaturliste

    • Schäfer, M.; Schmitt; T.G.; Sinß, M. (2016): Die Kläranlage als Regelbaustein im Energienetz. Konferenzbeitrag: 3. Konferenz „Zukünftige Stromnetze für Erneuerbare Energien“; Konferenzbeitrag; 26./27. Januar 2016, Berlin
    • Hüesker, F.; Charles, T.; Schäfer, M.; Schmitt, T.G.; Kornrumpf, T. (2016): Kläranlagen als Flexibilitätsdienstleister im Energiemarkt. Korrespondenz Abwasser; Ausgabe 2016, Nr.4
    • Poster: Schäfer, M. (2016): Wastewater treatment plants as a municipal contribution to provide system services and storage capacities in the future energy market. 10th International Renewable Energy Storage Conference (IRES); Konferenzbeitrag 15.-17. März 2016 Düsseldorf
    • Schäfer, M.; Gretzschel, O.; Knerr, H.; Schmitt, T. G.; (2015): Wastewater treatment plants as system service provider for renewable energy storage and control energy in virtual power plants– A potential analysis. Energy Procedia Vol. 73 , 87 - 93