Energiesystemanalyse- & -integration

Der Energieeinsatz auf Kläranlagen ist geprägt durch das dynamische Zusammenspiel zahlreicher Energieverbraucher (wie Belüftungssysteme, Pumpen, Verdichter und Rührwerke) und Energieerzeuger (wie Blockheizkraftwerke, Photovoltaik- und Windenergieanlagen). Dieses multimodale System stellt ambitionierte Anforderungen an die Planbarkeit der Energieströme und eröffnet zugleich erhebliche Potenziale für eine intelligente Energieverteilung, Speicherung und die Erschließung synergetischer Effekte. Die novellierte EU-Kommunalabwasserrichtlinie (KARL) intensiviert diese Komplexität zusätzlich. Die zukünftigen Anforderungen umfassen unter anderem einen verpflichtenden Mindestgrad der Energie-Eigenerzeugung sowie die schrittweise Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien am Energieverbrauch. Parallel dazu führen verschärfte Grenzwerte für Stickstoff, Phosphor und organische Spurenstoffe zu erhöhten Anforderungen an die Abwasserreinigung und in Konsequenz einem erwartbaren Mehrbedarf an Energie. Daraus resultiert ein Zielkonflikt zwischen notwendiger und geforderter Energieeffizienz und den ambitionierten Nachhaltigkeitszielen der Politik und Betreiber(-verbände).

Zur Bewältigung dieser vielschichtigen Herausforderungen ist der Einsatz digitaler Werkzeuge unverzichtbar. Diese Tools ermöglichen die präzise Analyse und Optimierung komplexer Prozess- und Energieströme und bilden die Grundlage für eine vorausschauende Betriebsführung.

Die Unterstützung des FiW für den Kläranlagenbetrieb erfolgt dabei in mehreren Stufen.

• Kurz- und Mittelfristige Maßnahmen: Aus Energiebenchmarking und dynamisierten Energieanalysen leiten wir schnelle Maßnahmen und Handlungsempfehlungen für den Betrieb ab.
• Komplexe Strategieentwicklung: Für anspruchsvollere Optimierungen setzen wir Simulations-Werkzeuge ein. Dazu zählen unter anderem spezialisierte Softwareumgebungen wie SIMBA#, STANET, Python, Matlab-Simulink oder MIKE.

Mit den Simulationsmodellen analysieren wir dynamische Lastgänge, Speicherbedarfe und Flexibilitätspotenziale. Damit können fundierte Entscheidungen über optimierte Nutzung, Speicherung oder Zurverfügungstellung als erneuerbare Energie in anderen Sektoren getroffen werden. Neben der Effizienz ist die Optimierung an ökonomischen Kriterien wie Kostenoptimierung und Lastmanagement ausgerichtet.

Diese Methodik wird vom FiW seit 2024 in Projekt-Kooperationen u.a. mit dem WVER, den Stadtentwässerungsbetrieben Köln, der Stadt Wegberg, der LINEG und der Airbus Operations GmbH angewendet. In diesen Projekten wurde die energetische Optimierung von Klär- und Industrieanagen und die Entwicklung langfristiger Zukunftsstrategien erfolgreich durchgeführt.