Kopplung von Energie- und Wassersektor

Die Stromnetze der Zukunft müssen in der Lage sein, mit der Instabilität wetterabhängiger erneuerbarer Energiequellen umzugehen. Kanalnetze und Kläranlagen können durch Nachfragesteuerung zur Stabilisierung der Netze für erneuerbare Energien beitragen, was auch zu geringeren Kosten für die Anlagenbetreiber führen kann. Allerdings sind neue Steuerungsstrategien für die Flexibilisierung der Energieversorgung erforderlich, um einen sicheren Betrieb der Abwasserinfrastruktur zu gewährleisten.

Wir arbeiten an folgenden technologischen Herausforderungen:

• Methoden zur gleichzeitigen Auswertung von Wetter-, Energiemarkt- und Netzbetriebsdaten,
• Entwicklung von Regelungsstrategien zur Energieflexibilisierung und zum optimalen Betrieb von Kläranlagen und Kanalisationsnetzen,
• Integration zukünftiger Power-to-Gas-Prozesse in Kläranlagen,
• Integrative Ansätze für urbane Quartiere durch Kopplung von Energierückgewinnung aus Abwasser, Geothermie und Blau-Grüner Gebäudeinfrastruktur.

Zu den aktuellen Ergebnissen gehört die Entwicklung von Modellen zur techno-ökonomischen Bewertung der Sauerstoffversorgung von Belebtschlamm in Kläranlagen mittels Elektrolyse. Mit Hilfe von Simulationsmodellen wurden auch Fuzzy-basierte Regelungsstrategien für Pumpstationen in Kanalnetzen bewertet. Durch die Integration von Daten zum Energiemarkt und Wettervorhersagen führten die Simulationen mit dem neuen Regelungskonzept zu 40 % weniger Mischwasserüberläufen und 16 % niedrigeren Energiekosten.

Aktuelle Arbeiten fokussieren auf integrativen Ansätzen für urbane Quartiere durch die Kopplung von Energierückgewinnung aus Abwasser, Geothermie und Blau-Grüner Gebäudeinfrastruktur im Teilprojekt BGR Sync des Helmholtz Solution Labs URBAN-LE.

Publikationen:

• Euzébio, T. A. M., Parra Ramirez, M. A., Reinecke, S. F., Hampel, U.,
  Energy Price as an Input to Fuzzy Wastewater Level Control in Pump Storage Operation.
  IEEE Xplore, 11, 93701-93712 (2023).
• Parra Ramirez, M. A., Fogel, S., Reinecke, S. F., Hampel, U.,
  Techno-Economic Assessment of PEM Electrolysis for O2 Supply in Activated Sludge Systems - A Simulation Study Based on the BSM2 Wastewater Treatment Plan.
  Processes, 11 (6), 1639 (2023).
• Skouteris, G., Parra Ramirez, M. A., Reinecke, S. F., Hampel, U.,
  Energy Flexibility Chances for the Wastewater Treatment Plant of the Benchmark Simulation Model 1.
  Processes, 9 (10), 1854 (2021).