Kläranlagen gehören zu den größten Energieverbrauchern der Kommunen. Die Stadtwerke Trier haben als Chance erkannt und an dieser Stelle angesetzt. Mit Effizienzsteigerung und Vernetrzung über künstliche Intelligenz (KI) gelang es den Stadtwerken der Weg hin zu einem Klärkraftwerk, dass mehr Strom produziert als verbraucht.
KI bei der Belüftung: Weniger Strom, gleiche Reinigungsleistung
Der erste Anwendungsfall startete 2017. "Kläranlagen gehören zu den größten Energiefressern; durch den Einsatz von KI wollten wir im ersten Schritt den Energiebedarf deutlich reduzieren und im zweiten Schritt die Eigenerzeugung vor Ort ausbauen“, erläutern die Stadtwerke Trier auf ZFK-Anfrage. Im September 2017 kamen erstmals Netze mit künstlicher Inteligenz zum Einsatz.
Zu Beginn regulierte die KI ausschließlich die Luftzufuhr für die Bakterien der biologischen Reinigung. "Das System optimiert die Reinigungsleistung in der Biologie bei gleichzeitiger Energieeinsparung", sagte der Versorger auf Anfrage. Die Belüftung der Becken ist der größte einzelne Energieposten einer Kläranlage – entsprechend hebelwirksam ist die Optimierung an dieser Stelle.
Die Stadtwerke Trier können nach eigenen Angaben seit der Implementierung im Jahr 2017 ihr Hauptklärwerk energieneutral betreiben. 2012 verbrauchte das Klärwerk noch rund vier Millionen Kilowattstunden – so viel wie eine kleine Wohnsiedlung. Heute produziert es diese Menge selbst.
72-Stunden-Prognosen steuern das Faulgas
Heute reicht die Steuerung weit über die Belüftung hinaus. Die KI erstellt 72-Stunden-Prognosen für Stromerzeugung und -verbrauch der Kläranlage und des angrenzenden Energie- und Technikparks. Damit lassen sich die Faulbehälter bedarfsgerecht steuern. "Auf diese Weise wird dann Klärgas erzeugt, wenn es auch wirklich für die Stromerzeugung gebraucht wird", beschreiben die Stadtwerke Trier. So werde "eine bestmögliche Nutzung der selbst erzeugten Energie" erreicht.
Neben den beiden Blockheizkraftwerken (BHKW), in denen das Klärgas verwertet wird, befinden sich sechs PV-Dachanlagen, eine Wasserkraftanlage sowie zwei Warmwasserpuffer- und eine Klärgasspeicheranlage in der Anlage. Die KI-Steuerung koordiniert das Zusammenspiel aller Anlagen. Das Ergebnis: vier Millionen Kilowattstunden Strom und drei Millionen Kilowattstunden Wärme pro Jahr.
Das Kanalnetz als Speicher – Entlastung für die Mosel
Eine der weitreichendsten Ausbaustufen ist die Nutzung des Kanalnetzes als Speicher. Durch die intelligente Vernetzung der Abwasseranlagen speichern die Stadtwerke Trier überschüssiges Abwasser zwischen und verstetigen so den Zulauf zur Kläranlage. Das ermögliche "eine effizientere und kostengünstigere Abwasserbehandlung", so der Versorger.
Der Effekt reicht über die Energiebilanz hinaus in den Gewässerschutz: Die Steuerung "verringert auch den Eintrag von verdünntem Abwasser bei Regenwetterereignissen in die Mosel". Bei Starkregen entlastet das System also die Mischwasserkanalisation und schützt den Vorfluter.
Vom Abwasser ins Trinkwasser und ins Verbundnetz
Die in Trier erprobten Anwendungen wirken inzwischen weit über das Klärwerk hinaus. Bewährte Lösungen übertrugen die Stadtwerke auf die Trinkwasserversorgung und setzen sie heute auch in größeren Systemen wie dem Verbundnetz in der Westeifel ein.
Mit Energieeffizienz, Eigenerzeugung und KI decken die Stadtwerke nach eigenen Angaben den gesamten Strombedarf ihrer Trinkwasserversorgung aus erneuerbaren Quellen der Region. Die beiden Pump-Turbinen im Wasserwerk Irsch produzieren pro Jahr etwa eine Millionen Kilowattstunden Strom, hinzukommen 260.000 Kilowattstunden, die durch PV-Anlagen im Bereich des Kraftwerks erzeugt werden. Durch die Nutzung von KI steuern die Stadtwerke die energieintensive Aufbereitung des Trinkwassers so, dass dafür grüner Überschussstrom genutzt wird.
Zentralisierung 2027: ein Klärwerk für ganz Trier
Den nächsten großen Schritt planen die Stadtwerke Trier für 2027. "Wir arbeiten derzeit an der Zentralisierung der Abwasserbehandlung in Trier", sagte der Versorger. Voraussichtlich ab Mitte 2027 soll es "nur noch ein zentrales Klärwerk geben". Die Zusammenlegung des Hauptklärwerks mit der Kläranlage im Ortsteil Trier-Ehrang soll die zentrale Reinigung des Abwassers "für nahezu das gesamte Stadtgebiet" ermöglichen.
Das erhöht laut den Stadtwerken Trier die wirtschaftliche und energetische Effizienz und verbessert zugleich die Ablaufqualität. Energetisch lassen sich die zusätzlichen Mengen "dann auch mit unserer KI aussteuern"; der Rohschlamm aus Ehrang soll "zusätzlich zur Wärme- und Stromerzeugung" in den Blockheizkraftwerken genutzt werden. Mit der Zusammenführung werde "auch die Grundlage für innovative Projekte geschaffen".
