Störfallkonzeption für Kläranlagen und Pumpwerke der Stadt Duisburg
Aufgabenstellung
Erstellung einer risikoorientierenden Störfallkonzeption für die Kläranlagen und Pumpwerke der Stadt Duisburg unter dem Gesichtspunkt des Spannungsabfalls
Auftraggeber
Wirtschaftsbetriebe Duisburg AöR
Postfach 10 04 53
47004 Duisburg
Situation
Die Wirtschaftsbetriebe Duisburg (WBD) betreiben zur Abwasser- und Regenwasserbehandlung drei Kläranlagen, rd. 160 Pumpwerke und zwei Mischwasserbehandlungsanlagen, welche im gesamten Stadtgebiet verteilt sind. Ein Spannungsausfall an diesen Anlagen kann in Abhängigkeit der Dauer und parallel auftretender Niederschläge und/oder Hochwasserstände in den Vorflutern zu Überflutungsschäden im Einzugsgebiet führen.
Die meisten Stromausfälle dauern nur wenige Sekunden oder Minuten und haben keine Auswirkungen auf den Anlagenbetrieb. Bei der hier betrachteten Spannungsebene 10 kV ist ein Stromausfall bis zu einer Stunde realistisch. Da die Versorgungssicherheit aufgrund der Wettbewerbssituation der Energiewirtschaft tendenziell abnimmt, soll für die einzelnen Anlagen untersucht werden, welches Risikopotential mit einem Stromausfall von bis zu einer Stunde bei gleichzeitigen Niederschlägen und/ oder Hochwasserständen verbunden ist.
Vorgehensweise
In einer ersten Bearbeitungsstufe wurden die Anlagen aufgrund des Schadenspotenzials in verschiedene Risikoklassen eingestuft und Vorschläge für die weitergehenden Untersuchungen gemacht. Pumpwerke mit geringem Schadenpotenzial (z. B. Schmutzwasserpumpwerke mit geringem Zufluss, Entleerung von Speicherräumen usw.) wurden nach Abstimmung mit dem Auftraggeber aus der weiteren Betrachtung herausgenommen. Die verbliebenen 54 Pumpwerke wurden mit den drei vorhandenen Kläranlagen im Hinblick auf das Schadenspotenzial bei Stromausfall kategorisiert. Für die Bewertung wurden Bewertungskriterien wie Einzugsgebietsgröße, relatives Speichervolumen vor dem Pumpwerk und Gebietsnutzung herangezogen. Außerdem wurden Betriebsdaten, wie Pumpenlaufzeiten bei Starkregenereignissen, ausgewertet.
Für 15 Anlagen der Risikoklasse 1 wurden detaillierte hydraulische Untersuchungen durchgeführt und Empfehlungen zur Optimierung dieser Anlagen im Hinblick auf einen Spannungsausfall gemacht. Die hydraulischen Untersuchungen erfolgten anhand von detaillierten Kanalnetzmodellen, die von den Wirtschaftbetrieben Duisburg zur Verfügung gestellt wurden. Es wurden hydrodynamische Berechnungen mit Regen verschiedener Jährlichkeiten durchgeführt und bezüglich Wasserspiegellage und Überstauverhalten ausgewertet. Hierbei wurde ein teilweiser oder kompletter Ausfall der vorhandenen Pumpen simuliert.
Bei einer Reihe von Pumpwerken konnte auf weitere Maßnahmen verzichtet werden, da die angestrebte Überstausicherheit bei Stromausfall eingehalten werden kann. Für die restlichen Anlagen wurden weitergehende Untersuchungen und Ortsbegehungen durchgeführt, um kosteneffiziente Lösungen für die Begrenzung der Wasserspiegellage bei Stromausfall zu finden. Durch die Nutzung und Nachrüstung von Armaturen an geeigneter Stelle konnte mit entsprechenden Entlastungen ein ausreichender Überstauschutz bei mehreren Anlagen erreicht werden. Für weitere Anlagen wurden Empfehlungen zur Auslegung eines mobilen oder stationären Notstromaggregates gemacht.
Detailuntersuchungen zu weiteren Pumpwerken sind vorgesehen.
Randbedingungen
Durch geeignete Kriterien für die Kategorisierung konnte die Anzahl der detailliert zu untersuchenden Anlagen reduziert werden. Besondere Randbedingungen waren bei Pumpwerken mit Hochwasserfunktion zu beachten, da hier eine Überlagerung von Regen- und Hochwasserereignissen zu berücksichtigen war.
Das Instrument der hydrodynamischen Kanalnetzberechnung zur Detailuntersuchung von Pumpwerkseinzugsgebieten ermöglicht eine hohe Aussagegenauigkeit im Hinblick auf die auftretenden Wasserstände und Schwachstellen im System. Gegenüber pauschalierten Betrachtungen mit Hilfe von Pumpwerks- und Einzugsgebietskennwerten können auf dieser Grundlage zielgerichtet Maßnahmen entwickelt und eine Kosteneffizienz erreicht werden.
Kennwerte