Betr.: Zustimmung zum Entwurf "Neubau Energiezentrale" gem. Nr. 5.5.3 DA Bau
Im Vollzug der DA Bau wird
1.
der aufgezeigte Entwurf zum
Neubau einer Energiezentrale für das Klärwerk Erlangen beschlossen,
und
2. der Entwässerungsbetrieb beauftragt, das Vorhaben mit
der Genehmigungs- und Ausführungsplanung fortzusetzen.
1. Ergebnis/Wirkungen
(Welche
Ergebnisse bzw. Wirkungen sollen erzielt werden?)
·
Umsetzung der energiepolitischen Zielvorgaben aus den Beschlüssen des
Bau- und Werkausschusses vom 19.07.2011 und des Stadtrates vom 08.12.2011.
·
Fortsetzung des Beschlusses des Bau- und Werkausschusses vom 29.01.2013
mit der Zustimmung zum Vorentwurf der aufgezeigten Projektstruktur zur
energiewirtschaftlichen und wasserrechtlichen Ausbaukonzeption 2030 für das
Klärwerk Erlangen.
·
Neubau einer Energiezentrale mit Energieverteilung, Schlammentwässerung
und -speicherung; Erneuerung der Zentralen Schaltwarte, Sozial- und
Sanitärräume, Werkstätten und Meisterbüros; Neubau einer
Schlammwasserteilstrombehandlung; Erneuerung der Energiespeicherung und
Weiterführung des Installationsgangsystems.
2. Programme
/ Produkte / Leistungen / Auflagen
(Was
soll getan werden, um die Ergebnisse bzw. Wirkungen zu erzielen?)
·
Energieeinsparung und schrittweise Erhöhung des Anteiles der
Eigenstromerzeugung sowie der Energiespeicherung zur mittelfristigen
Eigenstromdeckung des Klärwerks ohne Annahme externer Co-Substrate von derzeit
rd. 50 % auf größer 100 % und somit zum PlusEnergie-Klärwerk und dadurch zu
einer energieautarken Stadtentwässerung (Klärwerk und Kanalnetz).
·
Deckung des kompletten Wärmebedarfs des Klärwerks Erlangen zur Aufheizung
des Rohschlamms, zur Beheizung der Gebäude sowie für die Warmwasserbereitung zu
ebenfalls 100 %.
·
Dass die
Energieeinsparung hierbei nicht zu Lasten der Abwasserreinigung erfolgt, ist
und bleibt oberster Grundsatz!
·
Parallel
einhergehen die Erneuerung bereits abgeschriebener und nicht mehr dem Stand der
Technik oder den Anforderungen der Arbeitsstättenrichtlinien entsprechender
Anlagenteile und Bauwerke im Klärwerk Erlangen.
3. Prozesse
und Strukturen
(Wie
sollen die Programme / Leistungsangebote erbracht werden?)
3.1. Beschlusslage / Projektstand
In Fortsetzung des
Beschlusses zum Vorentwurf „Neubau Energiezentrale“ gem. Nr. 5.4 DA Bau des
Bau- und Werkausschusses vom 18.03.2014 hat der Entwässerungsbetrieb der Stadt
Erlangen die Planungen zum Neubau einer Energiezentrale mit Energieverteilung,
Schlammentwässerung und -speicherung; Erneuerung der Zentralen Schaltwarte,
Sozial- und Sanitärräume, Werkstätten und Meisterbüros; Neubau einer
Schlammwasserteilstrombehandlung und Erneuerung der Energiespeicherung in der
Qualität einer Entwurfsplanung erarbeiten lassen.
3.2. Sachstand / Ergebnis
Die für die Vorplanung definierten Rahmenbedingungen
gelten für die Entwurfsplanung weiterhin:
·
Räumliche Trennung von „Sozialräumen und Werkstätten“ und „KWK-Anlage mit
Energieverteilung“ zur Sicherstellung der sozialen Qualität
·
Neubau ohne „Bauen im Bestand“, d.h. ohne Provisorien und Zuschläge
·
Erweiterbarkeit für die solare Schlammtrocknung
·
Ost-West-Ausrichtung der neuen Hochbauten (Photovoltaikanlagen)
Für die technische Umsetzung der Erneuerung der
Kraft-Wärme-Kopplung wurden unter Berücksichtigung des übergeordneten
Gesamtkonzeptes zum energiewirtschaftlichen Ausbau des Klärwerks Erlangen, der
o. g. Rahmenbedingungen sowie der hierfür erforderlichen verfahrenstechnischen
Einheiten verschiedene Varianten geprüft und im Ergebnis folgende Anlagenkomponenten ermittelt:
Maschinengebäude
·
KWK-Anlage (BHKW)
·
Energieverteilung
·
Stationäre Schlammentwässerung mit Schlammspeicherung
„Menschengebäude“ – kombiniertes Sozial- und
Werkstattgebäude
·
Sanitäranlagen
·
Werkstätten (M | E | Schicht | Außenpflege)
·
Sozialräume
·
Zentrale Leitwarte
·
Büros Meister
Energiespeicherung
·
2 Niederdruckgasbehälter
·
Gasmessraum mit Gastrocknung und Gasreinigung
Schlammwasserteilstrombehandlung
·
2 SBR-Reaktoren
·
1 Vorspeicher
Installationsgangsystem
·
Versorgungsleitungen
und Kabel in begehbaren Installationsgängen
Die Energiezentrale
mit Kraft-Wärme-Kopplung und Energieverteilung bildet künftig über die
Medien Faulgas, Erdgas, Strom, Wärme und Abgas den verfahrenstechnischen
Knotenpunkt mit zentraler Bedeutung für die Anlagenstruktur des Klärwerks
Erlangen. Die ökologisch, ökonomisch und technisch optimale Anordnung und
Einbindung einer neuen Energiezentrale wird durch einen Neubau gewährleistet.
Die Netzstrukturen der mit der Kraft-Wärme-Kopplung in Wechselwirkung stehenden
Medien können hierbei, ihrer Priorität entsprechend, berücksichtigt werden.
Gleichzeitig werden mit einem Neubau die Aufgabenstellungen aus der Energieverteilung
sowie des Notstromkonzeptes „Ringeinspeisung“ abschließend gelöst. Mit der
zentralen und kompakten Anordnung werden Übertragungsverluste bei der
Energieverteilung auf ein Minimum reduziert.
Der Neubau der Energiezentrale wird nach aktuellem,
energetischem Gebäudestandard sowie mit einer PV-Anlage auf dem Dach geplant
und unterstützt damit die Umsetzung des energiewirtschaftlichen Ausbaus des
Klärwerks.
Unter Berücksichtigung des Leistungsbedarfs im
Netzersatzbetrieb in Höhe von rund 1.100 kW sowie der Anforderung ein
Reserveaggregat für die Anlagenverfügbarkeit vorzuhalten, errechnet sich für
einen angesetzten Faulgasanfall von 6.100 m³/d im 24h-Volllastbetrieb eine
Anlagenkonzeption der KWK-Anlage mit 3 x 600 kWel. Mit Erneuerung
der Kraft-Wärme-Kopplung erfolgt eine Erhöhung der Eigenstromdeckung von
derzeit 50 % auf ca. 80 % bezogen auf den aktuellen Jahresstromverbrauch von
rd. 7.000.000 kWh/a.
Für die vorgeschlagene Anlagenkonzeption beträgt die
KWK-Zuschlagszahlung der BAFA nach derzeitigem Kenntnisstand mindestens 1,437
Mio. Euro.
Parallel zur Erneuerung der KWK-Anlage sind mit diesem
Entwurf weitere Maßnahmen (Deammonifikation | Gasspeicherung | Neubau
Sozialgebäude) geplant, die unter Berücksichtigung bereits umgesetzter
Energiemaßnahmen (Einlaufhebewerk | Rohschlammabzug | PV-Anlagen |
Desintegration | Sanierung Faulbehälter 1) eine Erhöhung der Eigenstromdeckung
auf 100 % erwarten lassen.
Die Steigerung des elektrischen Wirkungsgrades ist mit
einer Reduzierung des thermischen Wirkungsgrades einhergehend. Der thermische
Wirkungsgrad liegt bei der geplanten Modulgröße bei ca. 45%. Zur Kompensierung der reduzierten,
erzeugten Abwärmemenge ist die Installation zusätzlicher Wärmetauscher zur
Wärmerückgewinnung geplant.
Der Grundgedanke einer Wärmerückgewinnung aus dem
Faulschlammaustrag des Faulbehälters ist gerade im Hinblick auf die
Energiepreisentwicklung aktueller denn je und wird daher weiter verfolgt. Trotz
Abzug aller beschriebenen Abwärmeverbraucher werden im Klärwerk Erlangen im
Jahresverlauf wiederkehrend Wärmeüberschüsse auftreten, die dann vollständig
zur Unterstützung einer solaren Klärschlammtrocknung genutzt werden sollen. Somit
ist eine 100%ige Nutzung der erzeugten Abwärme im Klärwerk Erlangen ganzjährig
gewährleistet.
Die bestehende Schlammentwässerung wurde im Jahr 1998 in Betrieb genommen. Die Entwässerungsanlage
wurde in die bestehende Bausubstanz integriert. Die Bausubstanz wurde
seinerzeit nicht saniert und entspricht dem energetischen Standard der
Entstehungszeit aus dem Baujahr 1977/78. Die durchschnittliche Nutzungsdauer
für maschinelle Schlammentwässerungen über Zentrifugen liegt gemäß den
Leitlinien zur Durchführung dynamischer Kostenvergleichsrechnungen bei 10-14
Jahren. Der Abschreibungszeitraum ist damit überschritten.
Mit modernen Hochleistungszentrifugen ist aktuell ein
spezifischer Stromverbrauch von 1,3 kWh/m³ erzielbar. Der Strombedarf für die
Schlammentwässerung des Klärwerks Erlangen liegt mit neuen
Hochleistungszentrifugen um 60 % bzw. 220.000 kWh/a niedriger als mit der
bestehenden Anlagentechnik.
Unter Berücksichtigung der Anforderungen aus der
übergeordneten Projektstruktur ist der bestehende Standort der
Schlammentwässerung nicht zu erhalten. Durch die verfahrenstechnischen
Abhängigkeiten sowie die erforderlichen Sanierungsaufwendungen für den bestehenden
Baukörper der Schlammentwässerungsanlage (Bj. 1977 | Stahlbetonskelett | ohne
Dämmung) wird der Neubau der maschinellen Schlammentwässerung notwendig und ist wirtschaftlich.
Die Rahmenbedingungen zur Anlagenkonzeption sehen die
räumliche Trennung von „Sozialräumen und Werkstätten“ und „KWK-Anlage mit
Energieverteilung“ zur Sicherstellung der sozialen Qualität vor. Es ist
geplant, die neue stationäre Schlammentwässerung in den Hochbau der
Energiezentrale zu integrieren. Die Priorität für die
Maßnahme zur Erneuerung
der stationären Schlammentwässerung ändert sich daher von B auf A.
Die bestehenden Werkstätten des Klärwerks Erlangen
sind im nördlichen Bereich in einem gemeinsamen Gebäude zusammen mit der
stationären Schlammentwässerung angeordnet. Die vorhandene Bausubstanz stammt
aus den Jahren 1977/78 und liegt, bedingt durch die Umstellung auf ein einstufiges,
biologisches Reinigungsverfahren, rund 150 m vom Anlagenzentrum, der zentralen
Leitwarte, entfernt. Die bestehenden Sozialräume sind im Maschinenhaus 1
angeordnet, wurden im Jahr 1956 errichtet und entsprechen nicht mehr den
Anforderungen an die Arbeitsstättenrichtlinien. Weiterhin sind die vorhandenen
Sanitäreinrichtungen veraltet.
Aufgrund der langen Wegezeiten zwischen Werkstätten,
Zentraler Warte und Sozialräumen, der anstehenden energetischen
Sanierungsarbeiten an der bestehenden Bausubstanz sowie im Hinblick auf die
durch eine Verlegung der Werkstätten in das Anlagenzentrum entstehenden
Erweiterungsflächen im Klärwerksgelände, ist der Neubau eines kombinierten Sozial- und
Werkstättengebäudes mit zentraler Warte auch im Hinblick auf die zu erwartende
Energie- und Betriebskostenreduzierung notwendig und wirtschaftlich.
Das Arbeitsumfeld hat sich in den vergangenen Jahren
auch im Bereich von Abwasserreinigungsanlagen wesentlich verändert. Die im
Klärwerk Erlangen vorhandene Sozial- und Sanitärraumsituation hinkt dieser
Entwicklung hinterher und passt nicht zu dem im Bereich der Verfahrenstechnik
eingeschlagenen Weg. Der Neubau eines Sozialgebäudes mit Werkstätten und
zentraler Warte ist die konsequente Weiterführung des übergeordneten Anlagenkonzeptes
und Übertragung in die genannten Arbeitsbereiche.
Das neue Sozialgebäude mit Werkstätten und Leitwarte
wird gemäß den Anforderungen der ENEV 2014 für ein entsprechendes
Referenzgebäude geplant. Die Beheizung erfolgt ausschließlich über die bei der
Faulgasverstromung anfallenden Prozesswärme. Das neue Sozialgebäude wird
komplett barrierefrei und mit Personenaufzug berücksichtigt.
Die Faulgasspeicherung erfolgt im Klärwerk Erlangen
derzeit in einem Niederdruckgasbehälter (Vgeo = 1.000 m³ | p = 30
mbar | Bj. 1997) sowie 3 Mitteldruckgasspeichern (Vgeo = 180 m³ | p
= 8 bar | Bj. 1986). Der Abschreibungszeitraum der Mitteldruckgasbehälter (20a)
ist bereits überschritten und wird für den Niederdruckgasbehälter im Jahr 2017
erreicht.
Im Klärwerk Erlangen schwankt der Faulgasanfall
aktuell zwischen 3.200 m³/d und 7.000 m³/d.
Mit der bereits installierten Überschussschlammdesintegration, der längeren
Faulzeit nach Wiederinbetriebnahme des sanierten Faulbehälters 1 sowie der
Inbetriebnahme der neuen mechanischen Reinigungsstufe (neues VKB | neuer PRS
Abzug | Sandwäsche | Rechengutwäsche) ist eine Steigerung der Faulgasproduktion
um rund 15 - 20% zu beobachten. Weiterhin wird, bezogen auf den
Betrachtungsraum, eine Zunahme der mittleren Belastung des Klärwerks prognostiziert.
Die Speicherung von Faulgas (Regelenergie) wird in
Zukunft als Primärenergiespeicher von
zentraler Bedeutung für das Energiemanagement des Klärwerks Erlangen sein.
Weiterhin trägt ein großer Faulgasspeicher, über den damit verbundenen stromschwankungsarmen
Betrieb des Klärwerks zur Entlastung der öffentlichen Stromversorgungsnetze
bei. Die Faulgasspeicherung wird aus den vorgenannten Gründen neu, als
zweistraßige Niederdruckgasspeicherung und unter Berücksichtigung des künftig
zu erwartenden, maximalen Tagesfaulgasanfalls, für ein Gesamtspeichervolumen
von 8.000 m³ (V = 2 x 4.000 m³) bemessen, was einer Volumensteigerung um 54%
entspricht.
Für die Druckerhöhung an den Mitteldruckgasbehältern
sowie der erforderlichen Druckerhöhung vor den Blockheizkraftwerken wird bisher
ein Strombedarf in Höhe von 100.000 kWh/a ausgelöst. Durch die Umstellung auf
Niederdruckspeicherung entfällt die Gasdruckerhöhung im Faulgassystem
vollständig.
Im Nacheindicker der Schlammfaulung fällt ein
Schlammwasserüberlauf an, der in den Zulauf zur Nitrifikation abgeleitet wird.
Das bei der maschinellen Schlammentwässerung anfallende Zentrat wird ebenfalls
in den belüfteten Teil der Biologie abgeleitet. Die aus Schlammfaulung sowie
Schlammentwässerung anfallenden Schlammwässer sind hoch mit Stickstoff und
Phosphor belastet. Abwässer mit hoher Schmutzfracht und stabiler
Zusammensetzung eigenen sich daher für eine getrennte Behandlung im Teilstrom.
Mit der Teilstrombehandlung wird eine gezielte Regelung der Rückbelastung in den
Hauptstrom, eine betriebswirtschaftlich günstigere Abwasserreinigung sowie ein
wesentlicher Beitrag zur Prozessstabilität der Stickstoffelimination erzielt.
Für die Deammonifikation von Rückläufen aus der
Schlammbehandlung werden sehr niedrige Energieverbrauchswerte von etwa 1-1,2
kWh/kgNeli erzielt. Im Wesentlichen ist dies durch die Einsparung
von Belüftungsenergie begründet. Im Vergleich zur Stickstoffelimination im
Hauptstrom ist der Energieverbrauch für die Elimination der Stickstofffracht
aus dem Teilstrom der Schlammbehandlung bei Nutzung der Deammonifikation um
etwa 35 % niedriger als im Hauptstrom der biologischen Abwasserreinigung. Der
Energieverbrauch der Gesamtanlage kann hierdurch um 5 % bzw. 400.000 kWh/a
gesenkt werden.
Für die Schlammwasserteilstrombehandlung
besteht unverändert die Priorität A. Für die technische Umsetzung einer
Deammonifikationsanlage haben sich SBR-Reaktoren aus Stahlbeton bewährt. Das
Austauschvolumen wird aufgrund positiver Betriebserfahrungen mit 25 % berücksichtigt.
In konsequenter Weiterführung der Anforderungen an die Anlagenverfügbarkeit ist
die Teilstrombehandlung mit zwei Reaktoren (V = 2 x 400 m³) und Vorspeicher
geplant. Aufgrund der gewählten Anordnung von Energiezentrale und Sozialgebäude
bietet sich für die Installation der Schlammwasserteilstrombehandlung die
Fläche der bestehenden Gasspeicherung an.
Mit der Erneuerung der Biologischen Reinigungsstufe
wurde der Planungsgrundsatz, alle Versorgungsleitungen und Kabel in begehbaren
Installationsgängen anzuordnen, definiert und baulich umgesetzt. Mit dem Neubau
des Faulbehälters 2 sowie der Mechanischen Reinigungsstufe wurde das
Installationsgangsystem entsprechend erweitert.
Das bestehende Installationsgangsystem
wird konsequent weitergeführt und um die neu geplanten Baukörper der
Energiezentrale, des Sozialgebäudes, der Schlammwasserbehandlung im Teilstrom
(Deammonifikationsanlage) sowie der Gasspeicherung erweitert. Konstruktion und
Bauausführung erfolgen analog zu den bereits errichteten Bauabschnitten.
Die Entwurfsplanung sieht eine Anbindung der
Energiezentrale sowie des neuen Sozialgebäudes an die bestehende Hauptzufahrt
sowie an die Betriebswegeachse entlang der Schlammfaulung vor. Bei den Neu- und
Umbaumaßnahmen wird eine Erneuerung bzw. Ergänzung der vorhandenen Betriebswege
erforderlich. Die Energiezentrale sowie die Deammonifikationsanlage werden über
das geplante Installationsgangsystem an das bestehende Waschwassernetz
angebunden.
Im Vergleich zur Vorplanung
hat sich der Planungsumfang der Entwurfsplanung nicht wesentlich erweitert.
Die Entwurfsplanungsunterlagen werden in der Sitzung
zur ergänzenden Information aufgehängt.
Der Umgriff
der vorgenannten Maßnahmen zum Neubau einer Energiezentrale für das Klärwerk
Erlangen sowie die technischen Zusammenhänge werden im Bau- und Werkausschuss
für den Entwässerungsbetrieb im Rahmen eines Sachvortrages als Präsentation
vorgestellt!
3.3. Voraussichtlicher Terminplan
·
Genehmigungs- und Ausführungsplanung,
Ausschreibungen und Vergaben Okt.
2014 - April 2015
·
Rohbau Energiezentrale, kombiniertes Sozial- und
Werkstattgebäude, Installationsgang Mai 2015 - Dez. 2015
·
Technische Ausrüstung und Ausbau Energiezentrale,
Sozial- und Werkstattgebäude, Installationsgang 2016
·
Inbetriebnahme Energiezentrale, Sozial- und Werkstattgebäude
Nov. / Dez. 2016
·
Abbruch altes Maschinenhaus 1, NEZ und SEA Jan. 2017 - April 2017
·
Rohbau Installationsgang und Gasspeicherung Mai 2017 - Sept. 2017
·
Technische Ausrüstung und Ausbau Gasbehälter und
Installationsgang Okt.
2017 - Juli 2018
·
Inbetriebnahme neue Gasspeicherung Aug. 2018
·
Abbruch alte Gasspeicher und Gasdruckerhöhung Sept. 2018 – Nov. 2018
·
Roh- und Ausbau, Technische Ausrüstung
Schlammwasserteilsrombehandlung 2019
·
Inbetriebnahme Schlammwasserteilstrombehandlung Nov.
/ Dez. 2019
·
Anpassung der Betriebswege und Landschaftsbau 2020
4. Ressourcen
(Welche
Ressourcen sind zur Realisierung des Leistungsangebotes erforderlich?)
Die Kostenschätzung zur „Energiewirtschaftlichen und
wasserrechtlichen Ausbaukonzeption bis 2030“ des Beschlusses des Bau- und
Werkausschusses vom 29.01.2013, ergab ein Kostenvolumen von rund 48,920 Mio. €
brutto, einschl. 15 % Baunebenkosten.
Für die daraus entwickelten und oben beschriebenen
Maßnahmen schließt die Kostenberechnung aus der Entwurfsplanung nunmehr mit
29,524 Mio. € brutto einschl. 20 % Nebenkosten und liegt somit über der
Kostenschätzung aus der Vorplanung mit 26,618 Mio. € brutto.
Die Kostenfortschreibung ist durch nachfolgende
Änderungen begründet:
·
Größere Planungstiefe und detailierte Mengenermittlung im Rahmen der
Entwurfsplanung
·
Berücksichtigung erforderlicher, vorbereitender Baumaßnahmen im Vorfeld
(Trassenumlegungen)
·
Zusätzliche Kosten im Bereich Rohbau (Abbruch und Gründung) durch neue
Erkenntnisse aus Bauwerksuntersuchungen, Baugrundbegutachtung und
Tragwerksplanung
·
Zusätzliche Kosten im Bereich Verfahrens- und Elektrotechnik aufgrund
zusätzlicher Maßnahmen zur Betriebs- und Prozessoptimierung sowie zur Erhöhung
der Anlagenverfügbarkeit
·
Höhere Baunebenkosten durch Erhöhung der Honorartafelwerte der HOAI
Die vorgeschlagenen Baumaßnahmen sollen in den Jahren
2015 - 2020 durchgeführt werden. Das durchschnittliche Investitionsvolumen
liegt somit bei ca. 5 Mio. €/Jahr und entspricht etwa dem der vergangenen 10
Jahre für den Neubau der einstufigen Biologie / Mechanik / Faulstufe /
Zulaufanlagen / Installationsgang / Ablaufmessung und Verbesserung der
Anlagenstruktur mit ca. 52 Mio. € bzw. ebenfalls ca. 5 Mio. €/Jahr. Eine
Erhöhung der Kanalbenutzungsgebühren ist deshalb nicht gegeben.
Mit der genehmigten Kostenberechnung aus der
Entwurfsplanung sind die Ingenieurverträge und Honorare der Objekt- und
Fachplaner ebenfalls anzupassen. Der Bau- und Werkausschuss für den
Entwässerungsbetrieb wird in einer der nächsten Sitzungen darüber in Kenntnis
gesetzt.
Der erforderlichen Finanzmittel für die Maßnahmen
werden in den Wirtschaftsplänen 2015 - 2020 berücksichtigt.
Haushaltsmittel
werden nicht benötigt
sind vorhanden auf IvP-Nr. (Wirtschaftspläne 2015 – 2020)
bzw. im Budget auf Kst/KTr/Sk 07009
sind nicht vorhanden
Bearbeitungsvermerk des Revisionsamtes
Die Entwurfsplanungsunterlagen mit ergänzender Kostenermittlung haben dem RevA vorgelegen. Bemerkungen waren
nicht veranlasst
veranlasst (siehe anhängenden Vermerk)
22.09.2014, gez. Deuerling
Anlagen: Übersicht
der energiewirtschaftlichen und wasserrechtlichen Maßnahmen Ausbau-
konzept
2030 mit den vorab beschriebenen Maßnahmen 2015 - 2020