Zukunftsfähige Technologien und Konzepte für eine energieeffiziente und ressourcenschonende Wasserwirtschaft

Kontakt

Dr. Wolf Merkel

IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasserforschung gemeinnützige GmbH
Moritzstr. 26
45476 Mülheim an der Ruhr

Tel.: +49 208 40303-100
w.merkel@iww-online.de

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Logo ENERWAEnergetische Optimierung des wasserwirtschaftlichen Gesamtsystems

Hintergrund

Technische Systeme der Wasserversorgung werden vorrangig hinsichtlich der sicheren Bereitstellung einwandfreien Trinkwassers konzipiert und betrieben. Das Vorhaben ENERWA verfolgt neue Ansätze zur Erschließung energetischer Potenziale in Wasserversorgungssystemen in der gesamten Prozesskette auf der Ebene technischer Komponenten und in der Verbundsteuerung. Bisherige Ansätze fokussieren sich auf Komponenten und Energieanalysen in Teilprozessen, lassen jedoch die Potenziale im Verbundmanagement und in der Systemstruktur weitgehend außer Acht. Im Kontext der Energiewende werden zusätzlich Energie-Speicherpotenziale wasserwirtschaftlicher Anlagen untersucht. Bisher ungenutzte Potenziale zur Energieeinsparung, -rückgewinnung und -speicherung sollen in der gesamten Prozesskette identifiziert und bewertet werden.

Ziele

Die Forschungsziele von ENERWA sind deshalb:

(1) Systematische Erschließung von energetischen Optimierungspotenzialen und Umsetzung auf allen Ebenen (Komponenten, Teilsysteme, Struktur, Verbund);

(2) Untersuchung ökologischer, gesellschaftlicher, rechtlicher, ökonomischer und hygienischer Grenzen bei der Realisierung von Energieeffizienzpotenzialen und Erarbeitung von Lösungen zum Barrieren-Abbau;

(3) Verallgemeinerung und Aufbereitung der erarbeiteten Ergebnisse, so dass sie einem breiten Anwenderkreis auf vielfältigen Wegen zugänglich sind.

ENERWA-Forschungsansatz: Energiepotenziale der Wasserversorgung unter Berücksichtigung dynamischer Randbedingungen

Abb. 1: ENERWA-Forschungsansatz: Energiepotenziale der Wasserversorgung unter Berücksichtigung dynamischer Randbedingungen

Arbeitsschwerpunkte

Im Zentrum der Untersuchungen stehen modellhaft vier Mittelgebirgsregionen mit einem hohen energetischen Potenzial. Hierbei bilden die in ENERWA beteiligten Praxispartner unternehmensübergreifend für Deutschland typische Versorgungssysteme (Gewinnung und Aufbereitung von Oberflächenwasser und Grundwasser, Transport- und Endverteilungsnetze im Mittelgebirge und Flachland) ab, und zwar in der Eifel-Städteregion Aachen, im Rheinisch-Bergischen Kreis, im Bergischen Land und in der Ruhrregion. Bei der Analyse des technisch realisierbaren Energie-Potenzials werden ökonomische und weitere relevante Rahmenbedingungen erfasst (von der Niederschlags-Abfluss-Dynamik im Einzugsgebiet bis zur Verbrauchsdynamik des Trinkwassers). Dabei geht der Untersuchungshorizont zur Energie-Optimierung weit über den betrieblichen Ansatz hinaus, indem z. B. die Potenziale einer Strukturoptimierung des Wasserversorgungssystems, die Optionen einer Verbrauchssteuerung oder die Grenzen einer Energie-Speicherung in Talsperren ausgelotet werden. ENERWA setzt unterschiedliche, jeweils problemspezifische Untersuchungsmethoden ein: Aufarbeitung der technischen-rechtlichen-ökonomischen Ausgangsbedingungen, Technikanalysen mit Messprogrammen und Pilotierung von Innovationen zur Energie-Einsparung und zur thermischen Energie-Nutzung im Wasserwerk, modellgestützte Simulationsrechnungen, ökologische Feldstudien zu den Grenzen, die sich beim Betrieb von Trinkwasser-Talsperren ergeben, moderierte Akzeptanzstudien der betroffenen Nutzer, ökonomische Optimierungsmodelle unter Einschluss energetisch-wirtschaftlicher Förderung nach Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG). In der Eifel-Städteregion Aachen werden sowohl die Trinkwasseraufbereitung der WAG Nordeifel mit Fragen zum Energie- und Betriebsmittelverbrauch als auch die Wasserverteilung der enwor (energie & wasser vor Ort GmbH) untersucht. Die WAG setzt eine großtechnische Versuchsanlage parallel zu einer konventionellen Referenzanlage ein. Bei der Wasserverteilung möchte die enwor-Versorgungsgesellschaft in dieser Region mehr Strom aus dem Gefälle im Trinkwasserverteilungsnetz erzeugen. Im Rheinisch-Bergischen Kreis betreibt der Wupperverband ein multifunktionales System von zwölf Talsperren für den Hochwasserschutz, die Niedrigwasseraufhöhung und die Bereitstellung von Rohwasser für die Trinkwasserversorgung. Bei einer energetischen Nutzung sind neben der Flexibilität und Verfügbarkeit von Abflussmengen, die Rohwasserqualität und ökologische Anforderungen der Fließgewässer zu beachten. Der Wasserversorgungsverband Rhein-Wupper bringt ein Wasserwerk mit Ozonung in die Untersuchungen ein. Im Bergischen Land greift der Aggerverband auf zwei Wasserwerke sowie sein Transportnetz für das Vorhaben zurück. 217 km Fernwasserleitungen und 45 Hochbehälter zwischen 240 müNN und 515 müNN sind zusätzlich zu den Wasserwerken in die Untersuchung eingebunden. Die besondere Herausforderung bei der Nutzung des Energiepotenzials in dieser Mittelgebirgsregion besteht in der hydrologischen Variabilität bei gleichzeitiger Wahrung der Sicherheit und Qualität der Versorgung. In der Ruhrregion betreibt der Ruhrverband ein System von acht Talsperren. Der Ruhrverband betreut die Untersuchungen von ENERWA zu Auswirkungen einer veränderten Speicherbewirtschaftung mit einem gezielten Monitoring des Talsperrenwasserkörpers und des Unterlaufs im Hinblick auf eine dynamisierte Fahrweise des Talsperrenbetriebes. Untersuchungsobjekt für die Oberflächenwasseraufbereitung an der Ruhr wird exemplarisch ein Wasserwerk der RWW Rheinisch-Westfälischen Wasserwerksgesellschaft sein. Ausgehend von den exemplarischen Ergebnissen an realen Anlagen der im Projektverbund beteiligten Betreiber werden Kriterien und Empfehlungen zur Übertragbarkeit auf andere Anlagen abgeleitet. Darauf aufbauend werden standardisierte Energieeffizienz-Fragen herausgearbeitet, die einem interessierten Nutzerkreis die Anwendung der entwickelten Analysemethoden und implementierten Lösungsalgorithmen über einen Web-Dienst ermöglichen. Die Ergebnisse werden zur wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Verbreitung und Verwertung in einem Empfehlungskonzept (Methodenhandbuch, Analysetool, Best Practice) zur energieeffizienten und  ressourcenschonenden Wasserversorgung aufbereitet sowie zugleich bezüglich ihrer sozialen und politischen Akzeptanz analysiert.

ENERWA-Projektstruktur mit den Arbeitspaketen A-E

Abb. 2: ENERWA-Projektstruktur mit den Arbeitspaketen A-E

Weitere Informationen

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