Thermische Th i h energie i in i de d waterketen Omvang en metingen Zwolle
24 mei 2011 Jeroen Kluck
Inhoud •
E Energie i iin d de waterketen t k t
•
M t j t Zwolle Meetproject Z ll
•
Meer energie voor water
Energie in de waterketen? Elektriciteit Operationele p + chemicaliën energie (drinkwaterbedrijf) Chemische energie Thermische energie
Elektriciteit (gemeente en waterschap)
Elektriciteit + chemicaliën (gemeente en waterschap)
Brandstoffen (waterschap en slibverwerker)
Organische g stof Warmte
slib lb
Energie Water • Energie Joule (J) • Vermogen Joule per seconde of Watt (W) • • • • •
1 suikerklontje 1 kop thee = 1 liter benzine = Computer gebruikt Lamp “60 60 Watt” Watt
80 100 35000 200 11
• Volume m3 • Debiet m3/s
kJ kJ kJ W W
• Elektriciteitsrekening
3500 kWh/jaar
• Energiegebruik NL
3000 PJ/jaar
3.000.000.000.000.000.000 J
Watt per persoon (Wpp) • Joule per seconde per persoon (gemiddeld over de dag) • Verlichting 30 Wpp
Energiegebruik thuis
800 Wpp
Verwarmen en warm water Verlichten
Diverse apparaten
Koelen Wassen en drogen Verwarmen aardgas Koken aardgas
Warm water aardgas
50%
100%
50%
Energiegebruik thuis elektriciteit overig
waterketen
elektriciteit licht
1000
gas
elektriciteit overig g elektriciteit licht
800
gas
600 400 200 0 gas & elektrisch
primair
primair
thuis
thuis
waterketen
Waterketen dus relatief klein! 10 Wpp elektrisch (20 Wpp)
Operationele energie waterketen • Plaatje waterketen • Grootheden en energie huishoudens • Operationele energie • Thermische energie • Chemische energie 8 6 4 2 0 drinkwater
inzameling
zuivering
Chemische energie •20 Wpp
circa 1 klontje j p per uur • 1 gram suiker =16 kJ • 1 klontje ca 80 kJ
•Slibvergisting
Chemische energie •20 Wpp •Slibvergisting
•Maar • niet alles omzetbaar: • en nat.
•8 8 Wpp W afvalwaterketen f l t k t energieneutraal i t l (6-12 Wpp)
Thermische energie Verwarmen en Verwarmen warm water water warm Verlichten Verlichten
4 2 kJ/kg/graad 4,2
Diverse apparaten Diverse
Koelen Koelen Wassenen endrogen drogen Wassen
Diverse apparaten
Verwarmen Verwarmen aardgas aardgas
Koken aardgas aardgas Koken
Verwarmen aardgas
100 W Wpp Warm water water Warm aardgas g aardgas
125 l/inw/dag 28 graden 100 Wpp
120
Energiie in W Wpp
100
80 60 40
20 0 Operationeel
Chemisch
Thermisch
Thermische energie Hoe meer ik douche, hoe meer ik bespaar
Kansen: •Douche D h wtw t 60 W Wpp 30 Wpp W •Wc spoeling 5 Wpp •Drinkwater i k + 5 graden d (niet in zomer) > 20 Wpp
•Beïnvloed Beïn loed bewoners! be one s! •Warmtepomp & WKO
Warmtepompen en LTV
Thermische energie opwerken gaat ten koste van elektrische energie! (CoP)
Bron: ODE, Warmtepompen voor woningverwarming
Overige energie •Dakwater: D k t • 0,1 Wpp
•Pompenergie • Al het regenwater naar de rwzi – 1 Wpp • Dus geen sterk argument in keuze • Ook beperken transport bij gescheiden sanitatie – Energiewinst zeer beperkt
Dus • Thermische Th i h energie i zeer iinteressant t t • Maar - H Hoeveell b bruikbaar? ikb ? - Effect op rwzi? - Technieken?
Zwolle TEA onderzoek
-+ ja, dus let op! Voorbeelden uit Duitsland & Zwitserland Zie rapport
AgentschapNL gemeente Zwolle, Stowa provincie Overijssel
waterschap Groot Salland, Saxion, Stichting RIONED Tauw bv
Meetpunten Zwolle
Meetpunten 20 in Berkum en Dieze Oost Gemaal/RWZI Bedrijventerrein Hessenpoort
Meetlocatie Debiet D bi t en temperatuur
Effluent RWZI H Hessenpoort t Gemaal Dieze-Oost Dieze Oost
Gemaal Berkum
influent en effluent
Opstelling meetapparatuur
Invloed op de metingen • Vorstperiode V t i d
• Ophoping van vuil
Meetprogramma • Temperatuurmeting T t ti per minuut, i t vanaff aprilil per 2 minuten • Debietgegevens D bi t • van gemalen (niet compleet) • Drinkwatergegevens • Huishoudens en standaardverdeling
• Inzicht in temperaturen en debieten Thermische energie
Warmte locaties 4 en 5
Druk
Tempera
Warmte huisaansluiting
Gemiddelde dagtemperaturen (riolering, buitentemp en grondwater) 26 24 22 20 18
T em p eratu u r (°C )
16
Continu hogere temperaturen in de Lombokstraat (bedrijven (bedrijventerrein en flatgebouwen)
14 12
In de zomerperiode lage temperatuur vanaf bedrijventerrein Vrolijkheid
10 8 6
Villawijk Berkum (MP01)
Woonwijk Maatgraven (MP02)
4
Transportriool (MP04)
Kantorenterrein Berkum (MP08)
Bedr.terrein Vrolijkheid (MP10)
Lombokstraat (MP12)
Gemaal Dieze-Oost (MP13)
Verzorgingstehuis (MP16)
Influent Berkum & Dieze-Oost
Effluent RWZI
Grondwater
Buitentemperatuur (BAR01)
2 Lage temperatuur in de Villawijk Berkum (invloed kleine afvoer i.c.m. koude luchttemperatuur?)
0 -2 -4 01-Jan
31-Jan
02-Mar
01-Apr
02-May
Datum
01-Jun
01-Jul
01-Aug
Buitenlucht
25,0
Grondw ater
Te emperatu uur in gra aden Celsius
Villaw ijk Berkum Industriegebied Lombokstraat
20,0
Gemaal Dieze-Oost Effluent rw zi Influent rw zi
15,0
10,0
50 5,0
0,0 januari
februari
maart
april
mei
juni
juli
Afkoeling 0,5 graden over 600 m.
Gemiddelde dagtemperaturen (riolering, buitentemp en grondwater) 22
MP05 Afvalwater koelt af tussen MP05 en MP04
20
MP04
Tempera atuur (°C)
18
16
14
MP04 en MP02 vormen MP03
12
Gemaal Berkum (MP03)
10
Woonwijk Maatgraven (MP02) 8
Transportriool (MP05) Transportriool (MP04)
6 01-Jan
31-Jan
02-Mar
01-Apr
02-May
Datum
01-Jun
01-Jul
01-Aug
Conclusies Zwolle • Gemiddelde dagtemp: 6-21 graden • Diezen Di oostt energie i voor 16 h huizen/∆T i /∆T • Dus 160 huizen bij ∆T = 10 graden • Afkoeling met afstand & door grondwater en buitentemperatuur Effect op influenttemp. rwzi beperkt? • Kansen terugwinning • Bij perceel hoge temp, weinig water wtw douche of perceel • In rioolstelsel lage temp. zoek groot debiet zoek toepassing, - Industriegebied zwembad - verzorgingstehuis - Sophia ZH
• Effluent rwzi
onderzoek ook effect op influenttemp Groot debiet, lage temp zoek toepassing
Vervolg Onderzoek • Debietmetingen of schattingen • Hele jaar metingenivm meting nalevering warmte uit bodem • Meting M ti iin andere d situaties it ti ((grondwater, d t di diepte t riool) i l) • Rekenmodel afkoeling met afstand Projecten • Onderzoek toepassing 4 pilots: Energetisch, kosten, technisch • INNERS - Groot Salland • Warmte inzetten in rwzi • Energiebinas • Quickscans • …
Samenvattend • Energie E i iin d de waterketen t k t iin W Watt tt per persoon
• Zwolle • • • •
Warmte zichtbaar, maar afkoeling Invloed buitentemp en grondwater Debiet is energie Kansen: debiet en gebruiker
120 100
Energie i n Wpp
• 10-20 Wpp tov 1000 in huishouden • Chemisch ca 8 Wpp • Thermisch 100 Wpp
80 60 40
20 0 Operationeel
Chemisch
Thermisch
“Meer energie voor water” • Duurzaamheid D h id kringloop ki l • Beperken verbruik (grondstoffen en energie) • Voorkomen ophoping verontreinigingen in milieu
• Hogere doelen: • Water zuiveren – Medicijnen, hormonen, microverontreiningingen • Terugwinnen grondstoffen (gescheiden sanitatie?)
• Waterketenenergie beperkt
Dank en vragen • 1e 1 vraag • Hoever kun je autorijden op je operationele waterketenenergie van 1 dag?
•
Autoafstand dagelijkse waterketenenergie 400 m
vb rwzi
Uur
23-24
22-23
21-22
20-21
19-20
18-19
17-18
16-17
15-16
14-15
13-14
12-13
11-12
10-11
9-10
8-9
7-8
6-7
5-6
4-5
3-4
2-3
1-2
0-1
Percenta age
Gemiddelde dag temperatuur
DWA dagverloop
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Conclusie effect op rwzi • N-lozing N l i neemtt ttoe in i wintermaanden i t d • Na N ttrekken kk off het h t schadelijk h d lijk kkan zijn, ij gelet l t op verruiming N-norm KRW (van 2,2 mg/l tot 10 mg/l in Overijssel) • Oplossingen zijn mogelijk via proces aanpassing • Bij TEA uit effluent zijn er geen effecten
Bedrijventerrein Vrolijkheid (MP10/11 mei/jun)
Gemaal Dieze-Oost & Lombokstraat (mei/jun)
Invloed neerslag op temperaturen Temperatuur vs. debieten 18.0
32000
Influent temp 16.0
Effluent temp Effluent Q
24000
12.0
20000
10.0 16000 8.0 12000
6.0
8000
4.0
4000
2.0 0.0
0 1/2
16/2
3/3
18/3
2/4
Datum
17/4
2/5
17/5
1/6
Deb biet (m3/dag)
14.0
Tem mperatuur (°C))
28000
Influent Q
Resultaten (juni, droogweer situatie, drempel 10 °C) Gemaal/RWZI Meetlocatie T = 15,0 °C Q = 1300 m³/dag P = 310 kW
T = 16,3 °C Q ± 1000 m³/dag P ± 340 kW
Gemaal DiezeOost
T = ??,? °C Q ± 300 m³/dag P = ??? kW
Gemaal Berkum
Influent
T = 16,2 °C Q = 1500 m³/dag P = 445 kW
Effluent
Warmtewinning in huis
• Kosteneffectief bij minmaal 9.000 liter afvalwater per dag = 70 personen = 30 appartementen (situatie Zwitserland) • Opbrengst = 35 - 150 kW • T afvalwater = 230C • T na warmtepomp = 600C
Warmtewinning uit influent riolering • Interne I t off externe t warmtewisselaar t i l • Vervuild water • Relatief R l ti f warm water t • Afstand tot consument
Externe warmtewisselaar • Rioolwater Ri l t oppompen voorzuivering i i wtw t terug in riool • Debiet: D bi t 2 -30 30 l/s l/ ((modulair) d l i) • COP: 4 • Opbrengst: 50 – 350 kW (na warmtepomp) • Tafvalwater > 10 0C • T na warmtepomp = 35 – 55 0C • Kosten: • Aanleg: EUR 3.000,- per hh • EUR 0,15 per kWh
Interne warmtewisselaar • Plaatsen Pl t iin (b (bestaande) t d ) riolering i l i • Stroomsnelheid > 1m/s • Qmin = 15 l/s l/ = 55 m3/h = d dwa 5 5.000 000 personen • Opbrengst: • 200 l/s, l/ T T=12 12 0C, C dT dT= 6 0C 2,5 2 5 kW/ kW/m2 • 20 l/s, T=12 0C, dT = 4 0C 1,6 kW/m2
• Onderhoud: niet tot maandelijks
