Ein BHKW auf der Kläranlage nutzt das bei der Abwasserbehandlung entstehende Klärgas zur gleichzeitigen Erzeugung von Strom und Wärme. Das Blockheizkraftwerk verbrennt das methanreiche Gas in einem Motor oder einer Turbine, die einen Generator antreibt. Die dabei entstehende Abwärme wird für die Beheizung der Faultürme und Gebäude genutzt, während der erzeugte Strom die Kläranlage versorgt oder ins Netz eingespeist wird.
Was ist ein BHKW und warum wird es auf Kläranlagen eingesetzt?
Ein Blockheizkraftwerk (BHKW) ist eine Anlage zur gekoppelten Erzeugung von Strom und Wärme nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Auf Kläranlagen nutzt das BHKW das bei der anaeroben Schlammbehandlung entstehende Klärgas als kostenlosen Brennstoff. Diese Technologie erreicht Gesamtwirkungsgrade von bis zu 85 Prozent, da sowohl die elektrische Energie als auch die Abwärme sinnvoll verwendet werden.
Die Vorteile für Kläranlagen sind vielfältig: Das BHKW reduziert die Energiekosten erheblich, da der Strombezug aus dem öffentlichen Netz minimiert wird. Gleichzeitig wird das Klärgas, das andernfalls abgefackelt werden müsste, energetisch verwertet. Die entstehende Wärme beheizt die Faultürme auf die optimale Betriebstemperatur von etwa 37 Grad Celsius, was die Gasproduktion stabilisiert und den Faulprozess beschleunigt.
Moderne BHKW-Anlagen auf Kläranlagen können den Eigenstrombedarf zu 60 bis 80 Prozent decken. Überschüssiger Strom wird ins öffentliche Netz eingespeist und nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz vergütet, was zusätzliche Einnahmen generiert.
Wie entsteht Klärgas und welche Eigenschaften hat es für den BHKW-Betrieb?
Klärgas entsteht durch anaerobe Faulung des Klärschlamms in geschlossenen Faultürmen bei Temperaturen zwischen 35 und 40 Grad Celsius. Bakterien zersetzen die organischen Bestandteile des Schlamms unter Sauerstoffausschluss und produzieren dabei ein brennbares Gasgemisch. Dieser biologische Prozess dauert etwa 20 bis 30 Tage und läuft kontinuierlich ab.
Das entstehende Klärgas besteht zu 60 bis 65 Prozent aus Methan und zu 35 bis 40 Prozent aus Kohlendioxid. Zusätzlich enthält es geringe Mengen an Schwefelwasserstoff, Ammoniak und anderen Spurengasen. Der Heizwert liegt bei etwa 6 kWh pro Kubikmeter, was etwa der Hälfte von Erdgas entspricht.
Für den effizienten BHKW-Betrieb muss das Rohgas aufbereitet werden. Die Gasaufbereitung umfasst die Entfeuchtung, Entschwefelung und Druckregulierung. Schwefelwasserstoff wird durch Aktivkohlefilter oder biologische Verfahren entfernt, da er korrosiv wirkt und die Motorkomponenten schädigen würde. Eine konstante Gaszusammensetzung und -qualität ist entscheidend für den störungsfreien Betrieb des BHKW.
Welche technischen Komponenten gehören zu einem BHKW auf der Kläranlage?
Das Herzstück eines BHKW ist der Gasmotor oder die Gasturbine, die das Klärgas verbrennt und die mechanische Energie an den Generator weitergibt. Gasmotoren werden häufiger eingesetzt, da sie bei kleineren Leistungen wirtschaftlicher sind und sich besser an schwankende Gasmengen anpassen lassen. Der angeschlossene Generator wandelt die mechanische Energie in elektrischen Strom um.
Der Wärmetauscher ist eine weitere zentrale Komponente, die die Abwärme aus dem Motorkühlwasser und den Abgasen zurückgewinnt. Diese Wärme wird über ein Rohrleitungssystem zu den Verbrauchsstellen transportiert, hauptsächlich zur Beheizung der Faultürme. Ein Pufferspeicher gleicht zeitliche Unterschiede zwischen Wärmeerzeugung und -bedarf aus.
Die Abgasbehandlung reinigt die Verbrennungsabgase und reduziert Schadstoffe wie Stickoxide und Kohlenmonoxid. Moderne Anlagen verfügen über Katalysatoren oder andere Abgasreinigungssysteme. Die Steuerungstechnik überwacht und regelt den gesamten Betrieb automatisch, passt die Leistung an den aktuellen Energiebedarf an und sorgt für einen sicheren Betrieb rund um die Uhr.
Wie wird die erzeugte Energie aus dem BHKW auf der Kläranlage genutzt?
Der vom BHKW erzeugte Strom versorgt primär die energieintensiven Prozesse der Kläranlage, insbesondere die Belüftung der Belebungsbecken, Pumpen, Rührwerke und die gesamte Anlagentechnik. Da Kläranlagen kontinuierlich Energie benötigen, kann das BHKW im Grundlastbetrieb fahren und eine hohe Auslastung erreichen. Dies maximiert die Wirtschaftlichkeit der Anlage.
Die Abwärme wird hauptsächlich zur Beheizung der Faultürme verwendet, um die optimale Prozesstemperatur für die Gasproduktion aufrechtzuerhalten. Zusätzlich können Betriebsgebäude, Sozialräume und andere Anlagenteile beheizt werden. In den Sommermonaten, wenn der Wärmebedarf geringer ist, kann überschüssige Wärme über Notkühler abgeführt werden.
Überschüssiger Strom, der nicht für den Eigenbedarf benötigt wird, wird ins öffentliche Stromnetz eingespeist. Die Vergütung erfolgt nach dem EEG oder durch Direktvermarktung. Viele Kläranlagen erreichen eine Eigenversorgung von 70 bis 90 Prozent und können sogar Stromüberschüsse erzielen, die zusätzliche Einnahmen generieren.
Welche Voraussetzungen müssen für den BHKW-Einsatz auf Kläranlagen erfüllt sein?
Die Wirtschaftlichkeit eines BHKW hängt maßgeblich von der verfügbaren Gasmenge ab, die wiederum von der Anlagengröße und dem Anteil der anaeroben Schlammbehandlung abhängt. Kläranlagen ab etwa 20.000 Einwohnerwerten mit Faulung produzieren in der Regel ausreichend Gas für einen wirtschaftlichen BHKW-Betrieb. Kleinere Anlagen können durch Kofermentation mit organischen Abfällen die Gasausbeute steigern.
Bauliche Voraussetzungen umfassen ausreichend Platz für das BHKW-Gebäude, die Gasaufbereitung und die Wärmeverteilung. Die Anlage muss in angemessener Entfernung zu Wohngebieten errichtet werden, um Lärmschutzbestimmungen einzuhalten. Eine zuverlässige Gasversorgung durch entsprechende Rohrleitungen und Speichermöglichkeiten ist erforderlich.
Rechtlich sind verschiedene Genehmigungen nach dem Bundes-Immissionsschutzgesetz erforderlich. Die Anlage muss den technischen Regeln entsprechen und regelmäßig geprüft werden. Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung sollte Investitionskosten, Betriebskosten, Energieeinsparungen und Erlöse über einen Zeitraum von 15 bis 20 Jahren bewerten. Förderprogramme können die Investition zusätzlich unterstützen.
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