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Donnerstag, 16. November 2017, Ausgabe Nr. 46

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Wasser

Abwassergenerator spart Strom im Klärwerk

Von Holger Pauler | 20. Februar 2015 | Ausgabe 08

Firmen und Forscher arbeiten an energieeffizienten Lösungen für die Behandlung von Abwasser. In Hessen ist man nun einen guten Schritt voran gekommen. Dort haben Ingenieure in einem Gemeinschaftsprojekt einen Abwassergenerator entwickelt, mit dem sich bis zu 10 % des in der Kläranlage verbrauchten Stroms zurückgewinnen lassen.

Die bislang ungenutzte kinetische Energie des Abwassers in Kläranlagen, Industriebetrieben und Rohrleitungen soll künftig mithilfe der neuen Technologie in elektrische Energie umgewandelt und zur dezentralen umweltfreundlichen Energieerzeugung genutzt werden. „Eine solche Turbine für Kläranlagen ist einzigartig“, sagt Martin Lawerenz, Fachgebietsleiter Strömungsmaschinen und Vizepräsident der Universität Kassel.

Erprobung in den Klärwerken Zierenberg und Kassel

Das Projekt, an dem die aus der ThyssenKrupp Transrapid GmbH in Kassel hervorgegangene Krämer Energietechnik GmbH und das Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) beteiligt sind, hat das Land Hessen gefördert.

Als Prototyp wurde eine Minianlage für die Kläranlage der hessischen Stadt Zierenberg entwickelt. In einem einjährigen Probebetrieb soll die Jahresenergiemenge und die Wartungsfreiheit der Anlage nachgewiesen werden.

„Der kontinuierliche Lauf des Abwassers wird dafür sorgen, dass in Zierenberg eine Betriebsdauer von 8750 h/a erreicht wird“, ist sich Joachim Krämer, Geschäftsführer der Krämer Energietechnik, sicher. Die Stadt könne so beim Eigenverbrauch 20 ct/kWh sparen. Die Anlage ist am Ein- und Auslauf einer Kläranlage nach der mechanischen Reinigung einsetzbar.

Ein zweiter Generator wurde Anfang Dezember in die Kläranlage Kassel eingebaut. Allerdings wurde er gleich im Januar wieder ausgebaut, um am Fachgebiet Strömungsmaschinen der Uni Leistungsmessungen durchzuführen und die Turbinen zu optimieren. Außerdem wird der Verschleiß begutachtet. Die Turbine wurde hier übrigens auch entwickelt. Dabei hatte man u. a. das Strömungsverhalten mithilfe der CFD-Analyse (Computational Fluid Dynamics) simuliert.

Der Abwassergenerator besteht aus einem mit Permanentmagneten bestückten Turbinenrad (Rotor), das in einen mit Epoxidharz vergossenen Stator integriert ist. Das gereinigte Wasser erzeugt die elektrische Energie, indem das leichte Gefälle innerhalb der Kläranlage genutzt wird. Dies setzt das Turbinenrad in Bewegung. Durch die Drehung wird Strom in die Statorwicklungen induziert, der über einen Umrichter ins vorhandene Stromnetz eingespeist wird.

Die Auslegung des Generators wurde im Fachgebiet Elektrische Maschinen und Antriebe berechnet. „Unsere Aufgabe war es, den Generator so zu konstruieren, dass er ins Rohr passt, gleichzeitig aber darauf zu achten, dass Drehzahl und Drehmoment den Vorgaben entsprechen“, berichtet Friedrich Werner vom Fachgebiet Elektrische Maschinen und Antriebe.

Der Wicklungsaufbau des Generators und der magnetische Kreis des Rotors mussten dabei so ausgelegt werden, dass der Toleranzbereich eingehalten wird. Im Bereich Anlagentechnik und Netzintegration im Fraunhofer IWES wurde die Netzeinspeisung der Anlage dimensioniert. Die Fertigung der Baugruppen und die Installation der Anlage erfolgte schließlich durch Krämer Energietechnik. Während der kompletten Konstruktions- und Auslegungsphase standen die Partner permanent im Austausch.

Sollte der Probebetrieb der Anlagen erfolgreich verlaufen, will die Krämer Energietechnik GmbH im Herbst 2015 mit dem Verkauf der Abwassergeneratoren beginnen. Die Komponenten werden derzeit zusammengebaut. „Wir wollen abwarten, wie die Generatoren unter winterlichen Bedingungen funktionieren“, sagt Geschäftsführer Krämer. Bislang habe es keine Probleme gegeben.

Die Anlagen bleiben als Langzeitversuch dauerhaft in den Kläranlagen installiert. Besichtigungen durch Interessenten sind daher jederzeit möglich. „In Deutschland gibt es rund 4000 Gemeinden und Städte mit mehr als 3500 Einwohnern, das sind alles potenzielle Kunden“, sagt Krämer.

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