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29.05.2017 11:24

Klärwerk.info / Fachwissen / Energie- und E-Technik / Energiekosten von Kläranlagen und Kanalnetzen

Energiekosten von Kläranlagen und Kanalnetzen

Dr.-Ing. G. Seibert-Erling/T. Etges 

1. Einleitung

Die gestiegenen Energiekosten zwingen die Verantwortlichen im privaten, kommunalen und industriellen Bereich zum Handeln. Trotz oder gerade wegen der schwierigen wirtschaftlichen Situation und knapper Kassen wächst der Entscheidungsdruck für energetische Investitionen, die sich bei steigenden Preisen wieder lohnen. Besondere Aufmerksamkeit gilt den anteilig größten Verbrauchern. Im Kommunalen Bereich sind das üblicherweise die Abwasserreinigung (ca. 35%), die Schulen (25%) und die Straßenbeleuchtung (25%). Eine in mehrfacher Weise herausgehobene Stellung hat dabei die Kläranlage:

•  Sie ist oft der größte Einzelverbraucher und somit das von den Energieversorgern begehrte „Sahnestück“ im Stromliefervertrag einer Kommune. 

Ideen zur Verbesserung der Energieeffizienz haben finanziell und ökologisch eine große Wirkung. 

Das anfallende Klärgas ist regenerative Energie, welche bei Nutzung mit einem Blockheizkraftwerk (BHKW) den Wärmebedarf der Anlage fast vollständig und den Strombedarf zu etwa 25 – 40 % deckt. 

Bei einem Anteil der Energiekosten von etwa 30 – 40 % an den Betriebskosten bleibt die erste Pflicht des Betriebsleiters zwar die Einhaltung der Überwachungswerte. Der verantwortliche Umgang mit der Energie ist aber nicht weniger wichtig als Personal, Entsorgung und Abwasserabgabe.

Die Erkennung und Abschätzung von Optimierungspotenzialen ist in den letzten Jahren wegen der kaum kalkulierbaren Preissteigerungen und der energierechtlichen und steuerlichen Randbedingungen schwieriger geworden. In dem vorliegenden Beitrag soll die energetische Situation der Kläranlagen und Sonderbauwerke beleuchtet werden. Betreiber sollen motiviert werden, sich ihre eigene Situation transparent zu machen und eine Strategie zur Optimierung der Energiekosten zu entwickeln.

2. Entstehung, Ziele und Auswirkungen des neuen Energierechts

Die sich zuspitzende Situation bei den Energiekosten ist das vorläufige Ergebnis der Anfang der 90er Jahre eingeleiteten Neugestaltung des Energierechts [1]. Die wesentlichen energiepolitischen Ziele waren eine europaweite Liberalisierung des Energiemarktes und die Förderung des Einsatzes regenerativer Energien. In der Bevölkerung stieß dieses Vorhaben in Erwartung günstiger Preise und angesichts der nicht länger bestreitbaren Auswirkungen der Klimaveränderungen auf breite Zustimmung. Nun war das neue Energierecht keinesfalls zu einem bestimmten Zeitpunkt einheitlich verfügbar, sondern die einzelnen Gesetze sind auf europäischer und nationaler Ebene sukzessive, teilweise parallel und ohne gegenseitige Abstimmung beschlossen und in Kraft gesetzt worden. In Deutschland wurde zusätzlich die sog. ökologische Steuerreform eingeleitet mit dem Ziel, durch eine künstliche Verteuerung der Energie Anreize zum sparsamen Umgang damit zu schaffen. Mit den zusätzlichen Steuereinnahmen sollte die Arbeitslosigkeit eingedämmt werden. Die praktische Umsetzung dieses politischen Großprojektes in Gesetze, Rechtsverordnungen und Verwaltungsvorschriften verlief jedoch schleppend. Zudem machten Lücken, Widersprüche und missverständliche Auslegungen häufige Revisionen und Überarbeitungen erforderlich. Die aktuell gültigen gesetzlichen Regelungen sind im Bild 1 dargestellt. Die letzte auch für den Abwasserbereich interessante Neuerung ist das zum 01.08.2006 in Kraft getretene Energiesteuergesetz, welches u. a. das bisherige Mineralölsteuergesetz ablöst. Mit dem heute erreichten Zwischenstand sind die großen politischen Ziele der Liberalisierung und des Einsatzes regenerativer Energien zwar formal durchgesetzt; es ist aber nicht zu übersehen, dass bei der Umsetzung zu blauäugig an das Thema herangegangen wurde und entstandene Fehlentwicklungen auf politischer Ebene spät erkannt wurden. Am Ende hält sich auch die Begeisterung der Verbraucher angesichts galoppierender Preise für Strom und Gas in Grenzen.

Bild 1: Übersicht Energierecht heute
Bild FW-Ene-Seibert-Kosten-2.jpg

Zusammenfassend hat das neue Energierecht folgende Veränderungen mit den nachfolgend aufgeführten Vor- und Nachteilen gebracht:

•  Die alte monopolistische Versorgungsstruktur wurde formal aufgebrochen und in die Bereiche Erzeugung (Kraftwerke), Transport (Netzzugang, Durchleitung) und Lieferung (Verbrauch) aufgeteilt. 
  (+)  Nach einigen turbulenten Jahren des Umbruchs hat sich der Markt neu geordnet. Jeder kann grundsätzlich seine Energie frei am Markt kaufen. Öffentliche Auftraggeber sind grundsätzlich zur Ausschreibung verpflichtet. 
  (-)  Es existiert zwar eine dezentrale Versorgungsstruktur mit einer größeren Zahl von Anbietern. Der Markt wird aber nach wie vor von den ehemaligen großen Konzernen beherrscht. Die Verbraucher tragen die Lasten hoher und fast einheitlicher Preise.

Die ökologische Steuerreform ist umgesetzt und entfaltet die ihr zugedachte energiepolitisch lenkende Wirkung. 
  (+)
Die Strom- bzw. Ökosteuer und die Umlagen (EEG und KWK) verteuern die Energie und regen zum sparsamen Umgang mit dieser sowie zu Investitionen in energieeffiziente Geräte und Anlagen an. 
  (+)
Unbestreitbar hat sich unter den geschaffenen langfristig günstigen Voraussetzungen die Wirtschaft im Bereich der regenerativen Energien, vor allem die Windkraft und Bioenergie, positiv entwickelt und zahlreiche Arbeitsplätze mit guten Exportchancen geschaffen. 
  (-)
Die Gesetze sind nicht wie vorgesehen der Leitfaden für energiebewusstes Handeln im Sinne der energiepolitischen Ziele, sondern die Einsparungen ergeben sich in vielen Fällen aus lückenhaften Formulierungen oder nicht berücksichtigten Sonderfällen. Juristische oder steuerliche Spitzfindigkeiten sparen teilweise mehr Geld als energieeffiziente Technik. 

3. Die Auswirkungen auf die Abwasserbranche

An erster Stelle der Auswirkungen steht natürlich der Strompreis, weil er den monatlichen Abrechnungsbetrag bestimmt. Erfreulicherweise war dieser Betrag zwischen 1995 und 1999 für fast alle Betreiber zunächst stark gesunken. Danach setzte infolge der in Stufen eingeführten Ökosteuer und der neuen Umlagen für EEG und KWK wieder ein allmählicher Preisanstieg ein. Etwa 2005 war hinsichtlich der zu zahlenden Endsumme das alte Preisniveau wieder erreicht. Für viele unbemerkt geblieben war jedoch die völlig veränderte Aufteilung der Kosten. Vor der Liberalisierung war die Mehrwertsteuer die einzige Steuer; nach der energiepolitischen Wende sind ca. 35 – 40% des Endbetrages Steuern und Umlagen (Bild 2). An dieser Stelle sei noch einmal kritisch angemerkt, dass mit der Erhebung der Mehrwertsteuer auf die zu zahlende Ökosteuer und sämtliche Umlagen eine Doppelbesteuerung vorliegt.

Bild 2: Liberalisierung und Ökologische Steuerreform
Bild FW-Ene-Seibert-Kosten-3.jpg

Eine ebenfalls spürbare Auswirkung ergab sich auf die Situation der Eigenstromerzeugung aus Klärgas und Erdgas. Für Kläranlagen verschlechterte sich infolge der sinkenden Strompreise die Wirtschaftlichkeit soweit, dass einige mit Erdgas betriebene BHKWs vorübergehend stillgelegt wurden. An einen weiteren Ausbau der Klärgasnutzung bei den erst in geringem Umfang ausgerüsteten Anlagen mit einer Ausbaugröße von 20.000 – 100.000 EW war Mitte der 90er Jahre nicht zu denken. Aber solange die schädlichste aller Varianten der Klärgasnutzung, nämlich das Abfackeln oder gar das unmittelbar die Ozonschicht schädigende Ablassen des Methangases steuerfrei blieben, gab es für die Betreiber weder eine Veranlassung noch einen finanziellen Anreiz, über eine sinnvollere Nutzung nachzudenken. Daran änderten auch die politischen Appelle für den verstärkten Einsatz regenerativer Energien und die nach dem EEG garantierte Vergütung von 7,67 ct/kWh nichts. Der BHKW-Markt in Deutschland brach bei den niedrigen Strompreisen zusammen.

Erst mit der Einführung der Ökosteuer 1999 belebte sich der Markt wieder langsam. Der erhoffte Boom bei den Kläranlagen blieb jedoch aus, weil durch die Preiserhöhung zwar die Klärgasverstromung für den Eigenbedarf interessant wurde. Für die Einspeisung nach dem EEG war bei der Gesetzgebung jedoch übersehen worden, dass bei einem Verkauf des aus Klärgas erzeugten Stroms und der im Gegenzug zu erhöhenden Fremdbezugsmenge weder die Ökosteuer und die Umlagen noch die Mehrwertsteuer kompensiert wurden [2]. Somit brachte ein Verkauf des aus Klärgas erzeugten Stroms nur für wenige größere Betreiber einen finanziellen Vorteil auf Zeit, der mit jeder Erhöhung des Strompreises weiter zusammenschmolz. Spätestens seit der letzten größeren Strompreiserhöhung in diesem Jahr ist für alle Kläranlagen bei den aktuellen steuerlichen Randbedingungen eine EEGEinspeisung uninteressant. Allerdings kann unter bestimmten Voraussetzungen eine Einspeisung nach dem KWKModG einen finanziellen Vorteil bringen. Obwohl es um eine finanziell und ökologisch nicht zu vernachlässigende Größenordnung geht, sieht die Abwasserbranche bis heute nicht die Notwendigkeit einer Lobby oder einer inhaltlichen Einflussnahme auf die Gesetzgebungsverfahren – ganz im Gegenteil zu den Vertretern der Windkraft, Biomasse, Wasserkraft, Flughäfen und Chemiewerke. Den Betreibern von Kläranlagen bleibt am Ende, sich aus den Gesetzen für sie passende Teilstücke her auszusuchen und daraus mit gerade noch rechtlich vertretbaren Interpretationen ein für sie finanziell möglichst günstiges Vertragswerk zu schmieden.

4. Ansätze zur Optimierung

Die Methoden und Instrumente für eine energetische Optimierung von Kläranlagen sind vorhanden. Mit dem Handbuch „Energie in Kläranlagen NRW“ [3] steht ein umfassendes Nachschlagewerk für die Optimierung des Energieverbrauchs zur Verfügung. Die dort beschriebenen Instrumente der energetischen Grob- und Feinanalyse haben sich in der Praxis bewährt (Bild 3). 

Bild 3: Energiesparende Belüftung
Bild FW-Ene-Seibert-Kosten-4.jpg

Darüber hinaus gibt es zahlreiche weitere Anleitungen, Veröffentlichungen und Hinweise zum Thema Energie sparen [4,5,6]. Rückblickend fällt die Entstehung dieser Werke und die in NRW mit öffentlichen Mitteln geförderte Durchführung von Energieanalysen gerade in die Zeit (1999 - 2004), als der Strompreis am niedrigsten und folglich die Wirtschaftlichkeit energetischer Investitionen ungünstig war. An diejenigen Betreiber, die schon eine Energieanalyse durchgeführt haben, geht daher die dringende Empfehlung, diese mit den heutigen Energiepreisen und unter Einbeziehung zwischenzeitlich noch vorgenommener Umbauten zu aktualisieren. Viele Maßnahmen, allen voran der Einsatz von BHKWs zur Klärgasnutzung, die seinerzeit an der Schwelle zur Wirtschaftlichkeit standen, sind nach einem Anstieg der Strompreise um ca. 30% rentabel. Betreiber von Kläranlagen müssen sich bei weiter steigenden Energiepreisen aktiv mit dem Thema Energie auseinandersetzen. Der trügerischen Sicherheit einer Fortschreibung der bisherigen Energielieferverträge und einer Beibehaltung bewährter Fahrweisen sollte man sich nicht hingeben.

Die größten Kostenpotenziale liegen erfahrungsgemäß in folgenden Bereichen:

•  Stromliefervertrag und Abrechnung
Bedingt durch die Änderungen des Energierechts, häufige Tarifanpassungen und die Flexibilisierung der Vertragsgestaltung kommt es nicht selten zu Abrechnungsfehlern. Es wird deshalb empfohlen, die Basisdaten der Verträge (Bezugsleistung, Mindestleistung, Abrechnungsperiode, Maximalleistung, etc.) nicht nur rechnerisch nachzuvollziehen, sondern auch ihre fachtechnische Richtigkeit zu prüfen. Bei Kläranlagen kann der Unterschied zwischen einem Monats- und einem Jahresleistungspreis leicht 10% der jährlichen Gesamtkosten ausmachen. Bei Pumpwerken ist Aufmerksamkeit geboten, wenn die Betriebsweise geändert oder die Förderleistung nach unten korrigiert worden ist. Versäumt man dabei die Anpassung der elektrischen Bezugsleistung, wird infolge der üblichen Klausel für die Mindestleistung (i. d. R. 60% der Bezugsleistung) oft jahrelang ein viel zu hoher Leistungspreis abgerechnet.

Verbrauchsreduzierung und Verbesserung der energetischen Effizienz von Kläranlagen
Besondere Aufmerksamkeit gilt den größeren und im Dauerbetrieb laufenden Aggregaten wie Verdichtern und Pumpen. Die Wirtschaftlichkeit der Erneuerung einer Verdichtergruppe kann man leicht torpedieren, indem ein kompletter Austausch der erfahrungsgemäß zu groß dimensionierten alten Verdichter durch neue und energetisch hocheffiziente, aber auch teurere Aggregate angesetzt wird. Hier gilt jedoch die Regel: „Auch der beste Motor spart keine Energie, wenn er nicht läuft!“ Die Maßnahme wird sofort rentabel, wenn die Erneuerung auf den Umfang der nach Erfahrungswerten tatsächlich benötigten Luftmenge beschränkt wird. Es ist also durchaus eine Alternative, von 5 alten Drehkolbengebläsen, von denen vielleicht 2-3 bei normaler Belastung den Luftbedarf decken, nur 2 Stück zu erneuern oder sogar durch Turboverdichter zu ersetzen. Die alte These, dass Drehkolbenverdichter und Turboverdichter nicht gemeinsam betrieben werden sollen, war nicht mehr als ein Marketing-Argument der Hersteller und ist heute durch praktische Erfahrungen widerlegt (Bild 4). 

Bild 4: Gebläsestation Bergisch Gladbach
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Ebenfalls interessant ist eine Betrachtung der Lebenszykluskosten für eine Aggregategruppe oder einen Anlagenbereich [7]. Bleibt man bei der Belüftung, dann kann man überschlägig annehmen, dass auf der Basis heutiger Energiekosten die Drucklufterzeugung für eine Kläranlage mit 100.000 EW über 10 Jahre rd. 1,45 Mio. EUR kostet (Tabelle 1). Davon entfallen 200.000 EUR auf die Beschaffung der Verdichter, die restlichen 1,25 Mio EUR sind Energiekosten. Investiert man nach dem zuvor dargestellten Vorschlag vielleicht 100.000 EUR mehr für die Beschaffung energieeffizienter Aggregate und spart dadurch 25% der Energiekosten, dann ergibt sich bereits ein finanzieller Vorteil von 200.000 EUR zugunsten der besseren Aggregate. Steigt der Strompreis in den folgenden 10 Jahren im Mittel um 30%, dann beträgt die Einsparung 275.000 EUR – das ist mehr als der die zu tätigenden Investitionskosten. Wichtig ist allerdings, nur in die Maschinen zu investieren, dieauch tatsächlich im Dauerbetrieb laufen (Bilder 5 und 6).

Bild 5: Turboverdichter Düsseldorf
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Bild 6: Veralteter Energiefresser
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Die ohnehin fragwürdigen Argumente der einheitlichen Ausrüstung und Ersatzteilhaltung oder der gleichmäßigen Maschinenauslastung sind bei weiter steigenden Energiepreisen nicht mehr vertretbar. 


Technische Ausrüstung von Pumpstationen
In Pumpstationen sind oftmals elektrische Heizungen eingebaut, um die Ausrüstungsteile und Schaltschränke vor Frost und Feuchtigkeit zu schützen. Eine Investition in klimatische verbesserte Schränke kann eine erhebliche Senkung der Energiekosten bewirken. Nicht selten verursachen defekte oder falsch eingestellte Thermostate einen Dauerbetrieb der Heizungen. Bei nur 2 Heizungen mit einer Leistung von je 3 kW sind das jährliche Energiekosten von 5.000 EUR, die oft nicht bemerkt werden. 
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Fahrweise von BHKW-Anlagen
Beim Betrieb von Heizungen und BHKW-Anlagen mit Klärgas und Erdgas, was auf vielen Kläranlagen schon aus Verfügbarkeits- und Redundanzgründen möglich ist, muss bei der Festlegung der Fahrweise neben der energetischen auch die finanzielle und steuerliche Seite gesehen werden. Nach dem neuen Energiesteuergesetz (früher nach dem Mineralölsteuergesetz) wird die Steuer auf Erdgas beim Einsatz zur Kraft-Wärme-Kopplung komplett erstattet, hingegen beim Verfeuern in der Heizung nicht. Dies ist vielen Klärmeistern oder Anlagenfahrern nicht unbedingt geläufig. Es kommt daher öfter vor, dass vornehmlich in der kalten Jahreszeit nach wie vor Klärgas mit den BHKWs verstromt wird und zusätzlich Erdgas in den Heizungen verfeuert wird. Durch ein einfaches Umstellen der Gasart lassen sich bei einer mittelgroßen Anlage schnell einige 10.000 EUR Steuern einsparen. Die Erstattung in Höhe von 5,50 EUR/MWh Erdgas erfolgt auf Antrag beim örtlich zuständigen Hauptzollamt. 

5. Ausblick

Die Bereiche Abwasser und Energie werden zukünftig stärker verschmelzen. Die steigenden Energiepreise wirken sich nicht nur auf die Strom- und Gasrechnung aus, sondern das Abwasser und die Kläranlage werden neuerdings als energiewirtschaftliche Faktoren interessant. Beim Abwasser bzw. Schlamm reichen die Gedanken von der schon in einigen Projekten umgesetzten Nutzung der Abwasserwärme bis hin zur Aufbereitung und Abgabe in Form von Wasserstoff als Energie für die zukünftigen Antriebstechnologien [8]. Die Kläranlage wird unter infrastrukturellen Gesichtspunkten zunehmend interessant als Standort für energetische Prozesse. Kläranlagen liegen traditionell außerhalb von Wohngebieten, sind aber hinsichtlich Gasund Stromversorgung als Großverbraucher sehr gut angebunden und auch verkehrstechnisch wegen der notwendigen Transporte für Schlamm, Fällmittel, etc. meist gut erschlossen. Das häufig bestehende energetische Ungleichgewicht in der Energiebilanz, im Wesentlichen gekennzeichnet durch permanent hohen Strombedarf, hohen Wärmeüberschuss im Sommer und noch unerschlossenen Energiequellen (Abwasserwärme, etc.) ließe sich durch Aufstellung oder Ansiedlung von weiteren Erzeugern oder Verbrauchern sehr kostengünstig ausgleichen. Kläranlagen als Standorte für Windkraftanlagen, Biogaserzeugung, Gewächshäuser, Trocknungsanlagen für Industrieprodukte oder Gastankstellen sind längst nicht nur energiepolitische Sandkastenspiele oder ökologische Visionen energieautarker Betriebsführung [9]. Bei den zu erwartenden Preissteigerungen rückt die Kläranlage aus energetischer Sicht immer stärker in den Focus wirtschaftlich interessanter Nutzungsmöglichkeiten. Genauso wie sich viele Landwirte plötzlich in einer neuen Rolle als „Energiewirt“ wieder finden, wird sich auch der eine oder andere Klärmeister oder Betriebsleiter zukünftig vermehrt mit energetischen Fragestellungen auseinandersetzen müssen, die über die reine Verbrauchs- und Kostenoptimierung des Abwasserreinigungsprozesses hinausgehen.

Literatur 

 

[1]  Rayermann, M., Loibl, H. (Hrsg.): 
  Energierecht, Handbuch 
  Erich Schmidt Verlag, Berlin, 2003 
[2]  Seibert-Erling, G.: 
  Neue Energiepolitik und niedrige Strompreise Fluch oder Segen für die Kläranlagen ? 
  Beitrag zum Seminar „Die transparente Kläranlage“ am 10.5.1999 in München, erschienen im gleichnamigen Tagungsband, Hrsg. Fa. Dr. Lange, Düsseldorf, 1999 
[3]  Müller, E.A., Kobel, B., Pinnekamp, J., Seibert- Erling, G., Schaab, R., Böcker, K.: 
  Handbuch Energie in Kläranlagen NRW 
  Hrsg.: Ministerium für Umwelt, Raumordnung und Landwirtschaft des Landes Nordrhein- Westfalen, Düsseldorf, 1999 
[4]  Schmitt, F., Weil, Chr., Seibert-Erling, G., Brandenburg, H.: 
  Energieanalyse als Instrument der Betriebskosten und Verfahrensoptimierung 
  Korrespondenz Abwasser 46 (1999), S. 399- 409 
[5]  Roth, M., Baumann, P.: 
  Senkung des Stromverbrauchs auf Kläranlagen – Leitfaden für das Betriebspersonal, 
  Hrsg.: ATV Landesgruppe Baden- Württemberg, Stuttgart, Nov.99 
[6]  Pinnekamp, J., Kobel, B.: 
  Vorgehensweise bei der Erstellung von Energiekonzepten für Kläranlagen, 
  erschienen in : Gewässerschutz, Wasser, Abwasser, Bd. 172, 32. Essener Tagung für Wasser- und Abfallwirtschaft vom 17.3. – 19.3.99 in Aachen 
[7]  Kopf, U.: 
  Lebenszykluskosten von Pumpen 
  Vortragsmanuskript zum Firmenseminar der Fa. EGGER, Schweiz, 2001 
[8]  Gredigk-Hoffmann, S., Vogt, R.: 
  Technische und ökologische Bewertung verschiedener Produktions- und Nutzungswege von Wasserstoff als Energieträger auf Kläranlagen 
  erschienen in : Gewässerschutz, Wasser, Abwasser, Bd. 198, 38. Essener Tagung für Wasser- und Abfallwirtschaft vom 9.3. – 11.3.2005 in Aachen 
[9]  Kraft, A., Rossol, D., Meyer, H.: 
  Energetische Optimierung einer Kläranlage unter besonderer Berücksichtigung der Energieträger Erdgas und Wasserstoff 
  erschienen in : Gewässerschutz, Wasser, Abwasser, Bd. 198, 38. Essener Tagung für Wasser- und Abfallwirtschaft vom 9.3. – 11.3.2005 in Aachen 

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