Zukunftsfähige Technologien und Konzepte für eine energieeffiziente und ressourcenschonende Wasserwirtschaft

Kontakt

Prof. Dr. Karl-Heinz Rosenwinkel
Dr. Maike Beier

Leibniz Universität Hannover
Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik

Welfengarten 1
30167 Hannover

beier@isah.uni-hannover.de

Projektbeteiligte

Karte der Projektbeteiligten

Logo E-KlärArbeitspakete im E-Klär-Schwerpunkt II: Operation

Ziel des Schwerpunktes II „Operation“ ist die Entwicklung eines modularen Baukastensystems als Simulationswerkzeug, das eine modelltechnisch ganzheitliche Abbildung der Kläranlage erlaubt. Hierzu gehören die Vernetzung der verschiedenen Verfahrensstufen der Kläranlage, die Abbildung von zusammenhängenden Stoff- und Energieflüssen sowie die Beschreibung der jeweiligen Jahreskosten im zeitlichen Verlauf sowie deren Prognose. Durch die ganzheitliche und systemische Betrachtung der komplexen Kläranlagenstruktur, mit ihrer Vielzahl von unterschiedlich miteinander vernetzten Einzelprozessen und in Wechselwirkung stehenden Energie- und Stoffströmen, ist es möglich, Optimierungspotentiale aus dem Zusammenwirken von Verteilung, Nutzung und Erzeugung von Energie und anderen Ressourcen aufzuzeigen. Einen besonderen Schwerpunkt bilden hierbei die Abbildung des zeitlichen Verlaufs der Stoff-, Energie- und Kostenverläufe verschiedener Verfahrenskonzepte über den Zeitraum des Transformationsprozesses (statisch) sowie die dynamische Abbildung wesentlicher Prozessgrößen (Prognose) zur Unterstützung des Betriebs im Hinblick auf einen energetisch optimierten Betrieb.

AP 2.1 Einzelmodule

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Karl-Heinz Rosenwinkel, Dr. Maike Beier, Leibniz Universität Hannover, Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik, Welfengarten 1, 30167 Hannover

Kurzbeschreibung:

Im Rahmen dieses Arbeitspaketes erfolgt die modelltechnische Abbildung und Kalibrierung der in Schwerpunkt I „Design“ untersuchten innovativen Verfahren in Form von Einzelmodulen als Erweiterung des Modellbaukastens eines weiterentwickelten prozessübergreifenden Kläranlagengesamtmodells. Um die entsprechenden Schnittstellen zwischen den Modellebenen zu bedienen, werden in diesem Arbeitspaket die relevanten energetischen und stofflichen Parameter sowie Kostenparameter in die Einzelmodule aufgenommen.

AP 2.2 Gesamtmodell

Ansprechpartner:

Ralf Engels, DHI-WASY GmbH, Weinsbergstr. 190, 50825 Köln

Kurzbeschreibung:

Im Rahmen dieses Arbeitspaketes erfolgt der Aufbau eines gekoppelten modularen Gesamtmodellpakets, in dem entwickelte Einzelmodule und Prozesse der (1) Prozess-/Stoffebene, (2) Energieebene und (3) Kostenebene miteinander verknüpft werden. Auf der Prozessebene wird ein durchgängiges Prozessmodell weiterentwickelt, das ergänzend zu den Standardprozessen mit ausformulierten Einzelmodulen für innovative Prozesse ausgestattet wird. Dafür wird für relevante Stoffgrößen ein durchgängiger Stoffflussvektor erstellt. Auf der Energieebene wird ein durchgängiges Energieflussmodell aufgebaut, in dem alle Energieströme (thermische, elektrische und biochemisch gespeicherte) im Längsschnitt der Kläranlage definiert und abgebildet werden. Darüber hinaus wird ein Kostenmodell entwickelt, das die Betriebskosten und Jahreskosten verfahrensstufendifferenziert berechnet und darstellt. In diesem Projekt erfolgt die Implementierung des entwickelten programmunabhängigen Simulationswerkzeuges in die Software WEST.

AP 2.3 Einpflegen von Anlagenkonzepten

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Karl-Heinz Rosenwinkel, Dr. Maike Beier, Leibniz Universität Hannover, Institut für Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik, Welfengarten 1, 30167 Hannover

Kurzbeschreibung:

Im Rahmen dieses Arbeitspaketes erfolgt die modelltechnische Abbildung der verfahrenstechnischen, biologischen und energetischen Prozesse von drei ausgewählten Kläranlagen des Ruhrverbandes unter Verwendung des in WEST implementierten Gesamtmodells.

AP 2.4 Kurzzeitprognose und Steuerung

Ansprechpartner:

Ralf Engels, DHI-WASY GmbH, Weinsbergstr. 190, 50825 Köln

Kurzbeschreibung:

In diesem Arbeitspaket erfolgt die Anpassung des erstellten modularen Simulationswerkzeuges zu einer nutzbaren betriebsunterstützenden Offline-Modellierung (Kurzzeitprognose). Dies ermöglicht die Ermittlung einer optimierten Kläranlagensteuerung im Hinblick auf einen energieoptimierten Gesamtbetrieb der Anlage. Dafür werden exemplarisch Schnittstellen zur Verknüpfung mit dem Prozessleitsystem für eine ausgewählte Kläranlage des Ruhrverbandes definiert.