„Wir können mit der Wärme-Kraft-Kopplung (WKK) in der regionalen Abwasserreinigungsanlage von Lugano in Bioggio das vorhandene Klärgas optimal nutzen. Durch die thermische Verwertung lassen sich Energie- und Stoffkreisläufe schliessen. Dabei dient die erzeugte Wärme dem Fermentationsprozess, und den Biostrom können wir in unser Netz einspeisen.“ Daniel Graf, WKK-Verantwortlicher bei der Aziende Industriali di Lugano (AIL) SA, den Stadtwerken von Lugano, ist vom Nutzen des Anfang 2015 in der ARA Bioggio installierten Blockheizkraftwerks (BHKW) überzeugt.

Schritt zum Blockheizkraftwerk

Diese Abwasserreinigungsanlage wurde in den Jahren 1972 – 1976 erstellt, weist ein Einzugsgebiet von deutlich über 180’000 Einwohnern auf und befindet sich nun in einer umfassenden Erneuerung. Damals wurden ein Dieselgenerator als Notstromaggregat sowie ein Gasmotor zur Stromerzeugung integriert. Als vor wenigen Jahren ein Ersatz erwogen wurde, evaluierte man eine konsequente Wärme-Kraft-Kopplung zur vollständigen Nutzung des anfallenden Klärgases für eine Wärme- und Stromproduktion. Die Wahl fiel sodann zugunsten eines modernen BHKW aus. Heute befindet sich in einem auf dem ARA-Gelände stehenden Container ein Jenbacher-Gasmotor mit einer thermischen Leistung von 552 kW und einem Generator mit 527 kW elektrischer Leistung. Bei Volllastbetrieb kann er stündlich 250 m3 Klärgas umsetzen. Der 12-Zylinder-Motor weist rund 29 Liter Hubraum auf; er arbeitet mit einer Drehzahl von 1’500 pro Minute und erreicht einen Gesamtwirkungsgrad von über 83 Prozent (bei Klärgas).

AIL rechnet mit jährlich ca. 5’000 Betriebsstunden, während denen ca. 2,8 GWh Strom erzeugt werden können. Das zur Verfügung stehende Klärgas bestimmt diesen Wert; entsprechend der möglichen Betriebsdauer erfolgt also auch die Stromproduktion. Die Anlage arbeitet in der Regel Strom-geführt. Der gross dimensionierte und ebenfalls erneuerte Gasspeicher neben der BHKW-Anlage sichert einen kontinuierlichen Betrieb mit möglichst wenigen Start- und Stopps des Gasmotors. Die Wärmeabgabe, die durch das Kühlwasser und einen entsprechend ausgelegten Wärmetauscher im Container bestimmt wird, ergibt sich durch den jeweiligen internen Bedarf der Fermenter in der ARA. Die Vorlauftemperatur liegt bei ca. 85 °C, der Rücklauf bei ca. 60 °C.

Auf erneuerbare Energien fokussiert

Daniel Graf ergänzt: „Selbstverständlich haben wir in der Planungsphase auch mögliche externe Wärmelieferungen geprüft, konnten aber – neben der Autobahn und dem Flughafen Agno gelegen – in nützlicher Distanz leider keinen Bedarf erkennen. Die AIL setzt sich in ihrem Einzugsgebiet jedoch stark für Wärmeverbünde ein, betreibt bereits drei weitere BHKW zu diesem Zweck und versucht vermehrt erneuerbare Energien und Abwärme zu nutzen.“ Mit Strom, Gas, Wärme und Wasser versorgt die AIL als grösster Anbieter 57 Gemeinden im Grossraum von Lugano. Bau und Wartung von Wärmenetzen gehört zu den Schwerpunkten des Stadtwerks. Und seit 2011 besteht auch eine Abteilung, die sich speziell auf die Produktion und Nutzung von erneuerbaren Energien fokussiert.

Herausforderungen ergaben sich für die AIL jedoch nicht nur bei Evaluation und Planung dieser BHKW-Anlage in der ARA Bioggio, sondern auch durch die betriebliche Situation. So konnte aufgrund der umfassenden ARA-Erneuerungsarbeiten der Schwefelgehalt im Klärgas manchmal nicht genügend konstant gehalten werden. Wird ein Gehalt von 200 ppm überschritten, droht Schadensgefahr für den Gasmotor.

Kombinierte Wärme- und Stromproduktion überzeugt

In der Erkenntnis, dass die kombinierte Wärme- und Stromproduktion mit Hilfe von BHKW, die mit Klärgas betrieben werden, eine sinnvolle Lösung für Abwasserreinigungsanlagen darstellt, aber auch einen Effizienzgewinn bei Wärmeverbünden oder als Ersatz grosser Heizölkessel mit sich bringen, setzen sich die AIL auch in Zukunft für diese Technologie ein.

Kontakt:

Daniel Graf
Aziende Industriali di Lugano (AIL) SA
CH-6901 Lugano
dgraf@ail.ch
www.ail.ch