Wärme aus Abwasser und Grundwasser: Kein R(h)einfall

Neuhausen am Rhe­in­fall im Kan­ton Schaffhausen (CH) ist bekan­nt für den imposan­ten Wasser­fall, Davos durch das World eco­nom­ic forum WEF und die Beze­ich­nung als „höch­st­gele­gene Stadt in Europa“. Jedoch wis­sen nur Wenige, dass in diesen Energie-Städten immer wieder inter­es­sante Wärme­pro­jek­te real­isiert wer­den. Zwei Pro­jek­te wer­den in diesem Bericht speziell beleuchtet. Diese kon­nten auch dank der Förderung durch die Stiftung Kli­maschutz und CO₂-Kom­pen­sa­tion KliK umge­set­zt wer­den, die mit dem Pro­gramm Wärme­ver­bünde die Umstel­lung, den Bau oder die Erweiterung von Pro­jek­ten mit erneuer­baren Energiequellen unterstützt.

Abwärme aus Grundwasser

Es gibt eine vielfältige Auswahl an Energiequellen, die für Wärme­ver­bünde einge­set­zt wer­den kön­nen. Sel­ten wird an das Grund­wass­er, das prak­tisch zu unseren Füssen liegt, gedacht. In Davos wird seit einiger Zeit mit Wärme aus dem Grund­wass­er geheizt.

Davos, die Stadt in den Bergen

Davos hat viele Gesichter: neb­st dem Weltwirtschafts­fo­rum WEF, sein­er Berg­welt und sein­er Erwäh­nung im Roman, „Zauber­berg“ des deutschen Schrift­stellers Thomas Mann, ist Davos auch bekan­nt für seinen alt­be­währten Spen­gler Cup, das älteste inter­na­tionale Eishock­ey-Mannschaft­sturnier, um nur einige Attribute zu nennen.
Die Kle­in­stadt liegt auf 1.560 m ü. Meer, das Flüe­laschwarzhorn als höch­ster Punkt der Gemeinde sog­ar auf 3.146 m. ü. Meer. Die mit­tlere jährliche Luft­tem­per­atur beträgt nur rund 3,5 °C und im Schnitt erre­ichen rund 1.696 Son­nen­stun­den die Stadt. Das Kli­ma hat wesentlich dazu beige­tra­gen, dass Davos als Kurort bekan­nt wurde. Mit knapp 11.000 ständi­gen Ein­wohn­ern beherbergt Davos in der Hoch­sai­son ein Vielfach­es an Gästen. Daraus ergeben sich extreme Ver­brauchsspitzen, was eine große Her­aus­forderung für jeden Energiev­er­sorg­er sowie Wasserv­er- und Abwasser­entsorg­er darstellt.
Dieser Auf­gabe stellt sich die EWD Elek­triz­itätswerk Davos AG (EWD AG), das Unternehmen ist ver­ant­wortlich für die Stromver­sorgung der Gemeinde Davos. Im Rah­men der Unternehmer­strate­gie betreibt die EWD AG ver­schiedene Wärme­ver­bünde und einzelne Wärme-Con­tract­ing-Anla­gen mit kli­mafre­undlich­er Wärmeerzeu­gung. Im Jahr 2016 zeich­nete sich das Unternehmen für den ersten Wärme­ver­bund in Davos ver­ant­wortlich, der nun nach und nach erweit­ert wird.

Ja zur Geothermie

Den Grund­satzentscheid fällte die Gemeinde im Jahr 2009. Die fün­fköp­fige Exeku­tive (Klein­er Lan­drat) befür­wortete eine Nutzung der Geot­her­mie auf Gemein­dege­bi­et. Sie set­zt mit ihrer energiepoli­tis­chen Strate­gie auf eine ver­stärk­te Förderung und Nutzung von ein­heimis­chen und erneuer­baren Energien sowie auf eine kon­tinuier­liche Erhöhung der Energieef­fizienz. Ein wichtiger Teil dieser Strate­gie ist die ver­stärk­te Nutzung der Geot­her­mie. Um die Möglichkeit­en dieser Nutzung der mit­teltiefen Geot­her­mie abzuk­lären, hat die Gemeinde in den let­zten 10 Jahren umfan­gre­iche Unter­suchun­gen und Erkun­dungs­bohrun­gen durch­führen lassen und rund 500.000 CHF investiert. Unge­fähr densel­ben Betrag steuerten der Kan­ton Graubün­den und das Bun­de­samt für Energie BFE bei, welche das geot­her­mis­che Pilot­pro­jekt unter­stützten. Auf­grund dieser sehr soli­den Wis­sens­ba­sis kon­nte ein Nach­weis der Nutzbarkeit von mit­teltiefen hydrother­malen Pro­jek­ten geliefert wer­den und diente als Grund­lage für eine nach­haltige Bewirtschaf­tung und Bewilligungspraxis.
Im aktuellen Pro­jekt führt das Bohrloch hin­unter in den Aros­er Dolomit, eine Schicht aus Kalkgestein, die Wass­er spe­ichert. Das Wass­er ist arte­sisch ges­pan­nt, d. h. es schiesst größ­ten­teils ohne Zutun an die Erdober­fläche. Durch die geringe Bohrtiefe von rund 450 m kann diese erneuer­bare Abwärme­quelle rel­a­tiv kostengün­stig erschlossen werden.
Das für das Heizen benötigte Grund­wass­er wird mit ein­er Tem­per­atur von unge­fähr 9 – 10 °C gefasst, wobei die konzes­sion­ierte Ent­nah­memenge bei 1.400 l/min liegt. Die Wärmeüber­tra­gung geschieht in der 50 m ent­fer­nen, bere­its beste­hen­den, aber umge­baut­en Heizzen­trale eines Ober­stufen­schul­haus­es. Mit­tels Wärmepumpen wird der Kreis­lauf auf eine nutzbare Tem­per­atur gebracht. Der Leis­tungsentzug aus dem Grund­wass­er beträgt dabei etwa 550 kW. Die angeschlosse­nen Wärmekun­den wer­den mit­tels eines war­men Nah­wärmenet­zes bedi­ent und sind sehr het­ero­gen. Neben den zwei Schulen inkl. Dreifach­turn­halle, wer­den diverse Mehrfam­i­lien­häuser (Miet­woh­nun­gen oder Stock­w­erkeigen­tümer­schaften) mit erneuer­bar­er Wärme beliefert, eben­so gehören Hotels sowie ein Neubau der Graubünd­ner Kan­ton­al­bank zu den Wärmebezügern.

Finanzierung

Im Endaus­bau, mit einem Kosten­punkt von 7 Mio. CHF, wird im besten Fall eine Wärmemenge von rund 8 Mio. kWh pro Jahr geliefert. Durch das Wärmenetz wer­den beste­hende, dezen­trale Ölheizun­gen und Elek­tro­heizun­gen erset­zt. Bis zum Jahr 2030 kön­nen voraus­sichtlich im Vol­laus­bau 11.000 Ton­nen CO₂-Emis­sio­nen reduziert wer­den. In diesem Fall kön­nen die angeschlosse­nen Wärmekun­den anteilmäßig mit einem Förder­beitrag zugun­sten Ihrer Heizkosten­rech­nung von jährlich 110.000 CHF prof­i­tieren (bis 2030).

Abwärme aus Abwasser

Neuhausen am Rhe­in­fall im Kan­ton Schaffhausen, ganz im Nor­den der Schweiz, ist vor allem bekan­nt für ein Aus­flugsziel: den Rhe­in­fall. Auf ein­er Bre­ite von 150 m stürzen gewaltige Wasser­massen rund 23 m die Felsen hin­unter und höhlten im Laufe der Zeit im Beck­en ein Kolk von 17 m Tiefe aus. Die durch­schnit­tliche Abfluss­menge im Win­ter beträgt 250 m³/s, 600 m³/s im Som­mer. Die größte gemessene Wasser­masse – im Pfin­gsthochwass­er 1999 – betrug stat­tliche 1.360 m³ pro Sekunde. Vie­len ist nicht bewusst, dass ober­halb dieses Natur­spek­takels die Abwasser­reini­gungsan­lage (ARA) Röti liegt und das Abwass­er von etwa 56.000 Ein­wohnen­den aus den umliegen­den Gemein­den klärt.

Von der Idee zur Umsetzung

Der Energie­ver­bund Neuhausen am Rhe­in­fall EVNH (www.evnh.ch) wurde durch das Elek­triz­itätswerk des Kan­tons Schaffhausen AG (EKS) entwick­elt. Bere­its um die Jahrtausendwende wur­den Pro­jek­te zur Abwasser­wär­menutzung in der Nach­barstadt Schaffhausen auch umge­set­zt, u. a. im Jahr 2005 mit Abwärme aus einem großen Sam­mel-Abwasserkanal, die die bekan­nte Uhren­man­u­fak­tur Inter­na­tion­al Watch Com­pa­ny IWC mit Wärme ver­sorgt. 2014 ließ die SIG gemein­nützige Stiftung für das in der Nähe der ARA befind­liche Indus­triege­bi­et in Neuhausen eine Gesamt­pla­nung erstellen mit dem Ziel, auf dem etwa 120.000 m² großen, zum Teil nicht mehr genutzten, Indus­trieare­al eine aus­ge­wo­gene Mis­chung aus Wohnen, Arbeit, Bil­dungs- und Freizei­tange­bot zu schaf­fen. Ein wichtiger Meilen­stein dieser Pla­nung war die Ablö­sung der fos­silen Energi­eträger durch erneuer­bare Wärme, der durch die EKS konzep­tion­iert wurde. Im Rah­men dieser Abklärung war den Beteiligten schnell klar, dass die sin­nvoll­ste Lösung weit über das Are­al hin­aus­gedacht wer­den musste. So ent­stand ein Gesamten­ergiekonzept, das beste­hende Syn­ergien nutzt. Wie zum Beispiel ein bere­its vorhan­den­er, älter­er, Wärme­ver­bund in der Gemeinde oder die Möglichkeit, im ehe­ma­li­gen Indus­trieare­al die Heizzen­trale zu instal­lieren. Dabei kon­nte auf die Unter­stützung des Gemein­der­ats gezählt wer­den und nach ein­er Volksab­stim­mung war klar, dass der ältere Wärme­ver­bund in Neuhausen am Rhe­in­fall in den neuen Energie­ver­bund inte­gri­ert und das neue Wärmenetz nach und nach erweit­ert wer­den sollte, damit weite Teile der Gemeinde mit erneuer­bar­er Abwärme beliefert wer­den. So ent­stand für alle Beteiligten eine Win-Win-Sit­u­a­tion und auf Kan­ton­s­ge­bi­et wurde das bish­er größte Energiepro­jekt real­isiert, über das sog­ar das Schweiz­er Fernse­hen berichtete.

Verschiedene Abwärmequellen werden genutzt

Mit­tels Tauch­mo­tor­pumpen wird das gere­inigte Abwass­er aus dem Ablauf­bauw­erk der ARA mit max. 760 m³/h ent­nom­men, was 70 % der Gesamtabfluss­menge bei Trock­en­wet­ter entspricht. Diese Abwasser­menge wird zur Zen­trale mit den exter­nen Wärmetausch­ern geführt, welche eben­falls auf dem Gelände der ARA platziert ist. Die Free-Flow-Plat­ten­wärmetausch­er der Fir­ma Hauser Auto­mat­ic AG mit niedrigem Strö­mungswider­stand über­tra­gen die Abwärme auf den Zwis­chenkreis­lauf. Dabei wird das gere­inigte Klär­wass­er um bis zu 5 Kelvin abgekühlt, zurück ins Ablauf­bauw­erk geleit­et um anschließend wenige 100 m ober­halb der Fälle in den Rhein zu gelan­gen. Die aus dem Abwass­er gewonnene Wärme wird auf dem ursprünglichen Tem­per­atur­niveau — je nach Sai­son von 10 – 25 °C — anschließend mit kalter Fer­n­wärme zur Energiezen­trale auf dem nahen Are­al der ehe­ma­li­gen Schweiz­erischen Indus­trie-Gesellschaft SIG geleitet.
Im „Kessel­haus“ brin­gen aktuell zwei, bald sog­ar drei, hochef­fiziente Wärmepumpen mit ein­er Wärmeleis­tung von je 1.500 kW das Wass­er auf ein nutzbares Tem­per­atur­niveau. Zudem wird Abwärme aus Druck­luftkom­pres­soren über den Zwis­chenkreis­lauf den Wärmepumpen zuge­führt. Als wichtiges „Neben­pro­dukt“ fall­en auch 0,7 Mio. kWh/a Kälte an, die eben­falls ins Ver­sorgungs­ge­bi­et an Kun­den mit Käl­tebe­darf geliefert wird. Um die Spitzen­last abzudeck­en, ste­hen Erdgaskessel zur Ver­fü­gung. Durch das Konzept mit mehreren redun­dan­ten Energieerzeugern kann eine zuver­läs­sige Wärme- und Käl­tev­er­sorgung gewährleis­tet wer­den. Im Endaus­bau wird der Energie­ver­bund jährlich bis rund 33 Mio. kWh Wärme und 0.7 Mio. kWh Kälte liefern, was dem Bedarf von rund einem Drit­tel der Bevölkerung der Gemeinde Neuhausen am Rhe­in­fall entspricht.

Für den Gewässerschutz ist gesorgt

Dank dem Ein­satz von Wärmetausch­ern wird dem Abwass­er Wärme ent­zo­gen und gelangt nicht in den Rhein. Der Abschnitt des Rheins um Neuhausen am Rhe­in­fall zählt zu den let­zten verbliebe­nen Äschen­re­gio­nen, denn der markante Fluss ist auf diesem kleinen Teil­stück seines lan­gen Weges mit­ten durch Europa noch frei fließend und weist durch­lüftete Kies­bänke auf, die zen­tral sind für die Fortpflanzung der Äsche (Thy­mal­lus thy­mal­lus). Diese Fis­chart ist, wie andere Kalt­wasser­fis­che, ins­beson­dere im adul­ten Sta­di­um, sen­si­bel gegenüber hohen Wassertem­per­a­turen und einem damit ver­bun­den niedrigeren Sauer­stof­fge­halt im Wass­er. Die Wärmeent­nahme und die damit ver­bun­dene Abküh­lung des Abwassers der Kläran­lage ist deshalb auch für den Fisch- als auch generell für den Gewässer­schutz von Nutzen.

Fazit

Um von den fos­silen Energi­eträgern wie und Öl und Gas loszukom­men und dem Beken­nt­nis der Schweiz für den Kli­maschutz mit der Unterze­ich­nung des Paris­er Abkom­mens zu fol­gen, bedarf es noch großer Anstren­gun­gen, ins­beson­dere im Bere­ich Wärme. Da soll jede vorhan­dene erneuer­bare Wärme­quelle geprüft und wo sin­nvoll, tech­nisch mach­bar und finanziell trag­bar, umge­set­zt wer­den. Häu­fig wird vorge­bracht, dass erneuer­bare Wärme höhere Kosten verursachen.
Im let­zten Jahr erschien das Merk­blatt der DWA M114 zum The­ma Abwasser­wär­menutzung. Die Autoren*innen haben die Kosten bezo­gen auf Deutsch­land geschätzt. Sie stell­ten fest, dass sich Abwasser­wär­menutzungsan­la­gen im Ver­gle­ich zu kon­ven­tionellen Anla­gen dur­chaus im konkur­ren­zfähi­gen Bere­ich bewe­gen. Sollte das nicht der Fall sein, beste­ht in der Schweiz die Möglichkeit, Fördergelder bei der Stiftung Kli­maschutz und CO₂-Kom­pen­sa­tion KliK zu beantra­gen. Im Falle des Pro­jek­ts in Davos, das durch die Stiftung KliK finanziell unter­stützt wird, kann bis 2030 von einem Förder­beitrag von ca. 1 Mil­lion CHF aus­ge­gan­gen wer­den, je nach geliefer­t­er Wärmemenge.