gwf Wasser/Abwasser Abwasserbehandlung (Vorschau)

Wasserversorgung | FACHBERICHTE |
F(x)
1
4000
0.8
3000
28
8
E
KapK+BK
0.6
2000
KapK*+BK
Profit
26
6
Profit*
0.4
Ausbauleistung (kW) 1000
maximum* (5kW) 24
4
0.2
10 7.5 5 2.5
9.5 7 4.5 2 maximum (4,5kW)
9 6.5 4 1.5 0
8.5 6 3.5 1
8 5.5 3 0.5
negativ
22
2
0
0 2 4 6 8 10
-1000
0 2,5 5 7,5 10
20
0 2,5 5 7,5
0
10
(a) betriebliche Leistung (kW) (b) Ausbauleistung (kW) (c) Ausbauleistung (kW)
€/a
minimaler Druck (P) (m)
30
KK1
min(P)
mittel(A)
KK2 KK3
Bild 5. (a) kumulative Verteilungsfunktionen der betrieblichen Leistung über zehn Jahre für unterschiedliche Ausbauleistungen;
(b) Kosten-Nutzenanalyse für unterschiedliche Ausbauleistungen mit* und ohne Investitionszuschuss; (c) hydraulische
(minimaler Druck) und Wasserqualitätsanalyse (mittleres Wasseralter) bei unterschiedlichen Ausbauleistungen für die
definierten Kontrollknoten (KK1–KK3).
10
mittleres Wasseralter (A) (Tage)
(Q PT,max ). Für jede dieser 20 unterschiedlichen Ausbaustufen
wird nun anhand von den Formeln (4) bis (9) der
erzielbare jährliche Profit ermittelt (Bild 5 (b)). Mit
Ausbauleistungen zwischen ca. 3 und 5,5 kW kann
demnach ein jährlicher Gewinn erwirtschaftet werden.
Mit einer Ausbauleistung von 4,5 kW wird ein Maximum
von 180 €/Jahr errechnet (Maximum grüne Linie in
Bild 5 (b)). Mit einem Investitionskostenzuschuss von
1500 €/kW sind Ausbauleistungen zwischen 2,5 und
9,5 kW wirtschaftlich mit einem maximalen jährlichen
Gewinn von 749 €/Jahr für eine Ausbauleistung von
5 kW (Maximum der grün-strichlierten Linie Bild 5 (b)).
In Bild 5 (c) sind die korrespondierenden minimal
auftretenden Drücke (strichliert) sowie das mittlere
Wasseralter (durchgezogene Linien) für die definierten
Kontrollknoten (KK1–3) dargestellt. Es ist ersichtlich,
dass mit der gewählten Hochbehältersteuerung keine
ungünstigeren hydraulischen Verhältnisse im System
geschaffen werden. Des Weiteren kann abgelesen werden,
dass es zu einer geringfügigen Verbesserung des
mittleren Wasseralters mit zunehmender Ausbauleistung
kommt. Ebenso ist ersichtlich, dass eine Turbine, welche
ca. 35–40 % des Beobachtungszeitraums von zehn Jahren
mit der Ausbauleistung betrieben wird, die kosteneffizienteste
Lösung in diesem Fall darstellt.
Die in dieser Arbeit beschriebenen Langzeitanalysen
wurden mit Verbrauchsaufzeichnungen über die letzten
zehn Jahre durchgeführt. Es wurde also angenommen,
dass die zukünftigen Jahre eine ähnliche Charakteristik
aufweisen wie die vergangenen. Für eine Amortisationszeit
von 15 Jahren ist aber gegebenenfalls von
Interesse, wie sich die Bevölkerung, der Wasserbedarf je
Einwohner und somit auch der gesamte Wasserbedarf
in Zukunft entwickeln werden. Für die vorgestellte
Fallstudie, wurden die Auswirkungen von zukünftigen
Bedarfsunsicherheiten in [21] anhand von Langzeitsimulationen
im Detail untersucht. Mit einem prognostizierten
Bedarfsrückgang je Einwohner von ca. –2,2 %
pro Jahr und einem erwarteten Bevölkerungswachstum
von +0,6 % pro Jahr erhöht sich der jährliche Profit auf
im Durchschnitt €1200/Jahr mit Schwankungen bis zu
±500 €/Jahr für die einzelnen Jahre.
4. Schlussfolgerungen
In dieser Arbeit wurden die Vorteile einer Langzeitsimulation
von Wasserversorgungsanlagen für die Auslegung
von Trinkwasserkraftwerken vorgestellt. Damit
kann das Langzeitverhalten des gesamten Systems für
die Auslegung sowie auch für Kosten-Nutzenanalysen
herangezogen werden. Die Anwendung wurde anhand
einer alpinen Fallstudie gezeigt.
Für die Suche eines optimalen Standortes für ein
Trinkwasserkraftwerk im System wurde zuerst ein
Pre-screening Ansatz (GIS-basierte Sensitivitätsanalyse)
angewendet. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden
drei Standorte für eine weitere detaillierte Untersuchung
mittels Langzeitsimulationen (zehn Jahre mit
stündlichem Zeitschritt) ausgewählt. Mit Voll- und Teillaststunden
und den korrespondierenden Wirkungsgraden
der Turbine wurde der effizienteste Standort
identifiziert und in weiterer Folge einer Kosten-Nutzenanalyse
hinsichtlich optimaler Ausbaugröße unterzogen.
Es konnte eine optimale Ausbaugröße von
4,5 kW als effizienteste Ausbaugröße ohne bzw. 5 kW mit
Investitionskostenzuschuss für die Fallstudie bestimmt
werden. Die Anwendung der entwickelten Methodik
wurde an einer kleinen Fallstudie getestet, kann
aber ohne Weiteres auch auf größere Anwendungsfälle
erweitert werden. Es konnte in dieser Arbeit gezeigt
werden, dass eine detaillierte Betrachtung der Verhältnisse
über lange Zeiträume eine signifikant bessere
Planung von Trinkwasserkraftwerken ermöglicht.
Oktober 2014
gwf-Wasser Abwasser 1109