Für ein mittelgroßes Stadtwerk mit 50.000 Zählpunkten, das drei größere Kläranlagen versorgt: Welche konkreten Schritte (Meilensteine 2026-2035) müssen in der Netzentwicklungsplanung initiiert werden, um den erwarteten 15-30%igen Mehrverbrauch und die kritischen kW-Spitzenlasten durch die Einführung der 4. Reinigungsstufe (z.B. Ozonung) zu antizipieren und die notwendige Ertüchtigung von Trafostationen oder Mittelspannungsleitungen zeitgerecht vor der Einreichung der Bauanträge durch die Wasserwirtschaft zu budgetieren?

Zunächst muss eine gemeinsame Bedarfsanalyse (VNB & KLA) durchgeführt werden, um Worst-Case-Szenarien für die kW-Spitze bei gleichzeitiger Aktivierung energieintensiver Prozesse (Ozonung, Filterregeneration) zu modellieren. Daraufhin erfolgt ein Infrastruktur-Mapping zur Identifikation kritischer Netzpunkte. Bis 2030 sollten die ersten Netzausbauprojekte priorisiert und im Rahmen der regulären Investitionsplanung (CAPEX) verankert werden, um die Netzbereitstellung fristgerecht vor den Hauptbauphasen der KLA sicherzustellen.

Angenommen, ein Stadtwerk ist sowohl VNB als auch Betreiber der lokalen Kläranlage (mit Faulung und BHKW) und sieht sich durch die 4. Reinigungsstufe mit 20% höheren Stromkosten (OPEX) konfrontiert: Wie muss der Business Case für die KLA als 'Grünes Technologiezentrum' konkret ausgestaltet werden, um die Mehrkosten durch die Vermarktung von Flexibilitätsdiensten gemäß §14a EnWG (Demand-Side-Management der Belüftung/Ozonung) und die Integration lokaler PV-Erzeugung zu kompensieren?

Der Business Case muss auf zwei Säulen basieren: 1. Eigenversorgung maximieren: Berechnung des maximalen PV-Erzeugungspotenzials auf KLA-Flächen zur Deckung des Mehrbedarfs. 2. Flexibilität vermarkten: Durchführung eines detaillierten Flexibilitäts-Audits zur Bestimmung der verschiebbaren Lasten (kWh/kW) und Kalkulation des potenziellen Erlöses durch Netzentlastungsdienste (§14a EnWG). Dabei muss der ROI der notwendigen Mess-, Steuer- und Regelungstechnik gegen die Kompensation der erhöhten OPEX und die vermiedenen Netzausbaukosten des VNB abgewogen werden.

Für ein Stadtwerk mit 20.000 Wärmekunden, das die Klimaneutralität bis 2045 anstrebt: Wie kann die Einführung der 4. Reinigungsstufe strategisch als Hebel genutzt werden, um die Sektorkopplung voranzutreiben, indem die Abwärme des KLA-BHKW/Prozesse in ein lokales Wärmenetz integriert wird und gleichzeitig geprüft wird, ob die durch lokale PV auf der KLA erzeugte, zusätzliche regenerative Energie für den Aufbau einer Power-to-Gas-Infrastruktur (Wasserstoff-Erzeugung) nutzbar ist?

Die Strategie erfordert eine integrierte Machbarkeitsstudie: Erstens, die Bilanzierung der Prozessabwärme (Restwärme) der KLA, um deren Beitrag zu einem benachbarten Quartierswärmenetz zu quantifizieren und die Kosten für die Einspeisung zu ermitteln. Zweitens, die Prüfung, ob PV-Überschüsse, die den erhöhten Eigenbedarf der 4. Stufe übersteigen, zur dezentralen Wasserstoff-Erzeugung verwendet werden können. Die KLA wird damit von einem reinen Lastzentrum zu einem Knotenpunkt, der die lokale Wärmeversorgung stabilisiert und zur H2-Strategie 2045 beiträgt.

Die Kläranlage als Energie-Hub: Wie die 4. Reinigungsstufe das Verteilnetz fordert

Die neue Realität: Wasserwirtschaft als zentrale Herausforderung der Energiewende

Die Nachricht, dass in Rheinland-Pfalz zahlreiche Kläranlagen bis 2045 eine vierte Reinigungsstufe erhalten müssen, um Arzneimittelrückstände und Pestizide zu eliminieren, ist auf den ersten Blick ein Thema für die Wasserwirtschaft. Die prognostizierten Kosten von rund 600 Millionen Euro für dieses Bundesland allein zeigen die Dimension (Quelle: WW-Kurier, 2024). Doch für uns, die wir die Energiewende systemisch denken, ist dies mehr als nur eine Investition in sauberes Wasser: Es ist eine der größten strategischen Herausforderungen für die lokale Netzplanung und die Sektorkopplung der kommenden zwei Jahrzehnte.

Als Emma Energie, Ihre Strategin für die systemische Energiewende, stelle ich daher die entscheidende Frage: Wie passt das in die Energiewende und was bedeutet das für unser Netz?

Die Antwort ist klar: Die Integration der 4. Reinigungsstufe ist ein massiver Lastfaktor, der ohne vorausschauende, systemische Planung zu Engpässen im Verteilnetz führen wird. Kläranlagen müssen sich transformieren – vom größten kommunalen Stromverbraucher zum flexiblen Energie-Hub, der aktiv zur Netzstabilität beiträgt.

Warum die 4. Reinigungsstufe den VNB betrifft

Kläranlagen (KLA) gelten bereits heute als immense Stromverbraucher. Sie sind für rund 20 bis 40 Prozent des gesamten kommunalen Stromverbrauchs bzw. der Stromrechnung verantwortlich (Quellen: Wikipedia; IDW, 2024). Der Löwenanteil entfällt dabei auf die Belüftung der biologischen Stufe. Die Einführung der vierten Reinigungsstufe – typischerweise durch Ozonung oder den Einsatz von Aktivkohlefiltern – führt zu einem signifikanten Anstieg des spezifischen Energiebedarfs.

Technisch fundiert: Die Ozonerzeugung beispielsweise ist hoch energieintensiv. Fachstudien der DWA (Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall) gehen je nach Verfahren von einem Mehrverbrauch von 15 bis 30 Prozent aus (Quelle: DWA-Themenband T4/2019). Wir sprechen hier also nicht nur über einen linearen Anstieg des jährlichen kWh-Verbrauchs, sondern über potenziell kritische Spitzenlasten (kW), die das lokale Verteilnetz zu bestimmten Zeiten – etwa während des Nachtbetriebs oder bei der Regeneration von Filtern – an seine Grenzen bringen können. Wenn zahlreiche Anlagen in einer Region sukzessive bis 2045 aufgerüstet werden, müssen wir diese Laststeigerung im Netzentwicklungsplan antizipieren.

Strategische Implikation für Stadtwerke: Wenn die KLA, die Sie als VNB versorgen, ihren Strombedarf signifikant erhöht, müssen Sie:

Die Netzkapazitäten (Trafostationen, Mittelspannungsleitungen) prüfen und ggf. massiv ausbauen.
Die Herkunft des zusätzlichen Stroms dekarbonisieren (Scope 2).
Die KLA in die lokale Flexibilitätsstrategie einbinden, um die Kosten der Lastspitzen zu minimieren.

Die Dekarbonisierung bis 2045 (wie es das Bundes-Klimaschutzgesetz vorgibt [1]) erfordert, dass diese zusätzliche Energie grün ist. Das bedeutet, die KLA muss Teil der lokalen Erneuerbaren-Strategie werden.

Die Chance: Von der Lastspitze zum Flexibilitäts-Anker

Die Transformation der Kläranlage ist eine Pflichtübung, aber auch eine riesige Chance, die Sektorkopplung auf kommunaler Ebene voranzutreiben. Kläranlagen sind aufgrund ihrer Prozesse ideal für die Entwicklung zu echten Energie-Hubs:

1. Eigenversorgung und Sektorkopplung vor Ort

Die KLA bietet oft große, ungenutzte Flächen für PV-Anlagen. Zudem ist die Klärschlammfaulung eine stabile Quelle für Biogas. Die Wärme- und Stromerzeugung aus dem Klärgas in Blockheizkraftwerken (BHKW) kann durch die Integration von PV und gegebenenfalls Wind ergänzt werden, um den erhöhten Bedarf der 4. Stufe zu decken. Der Restwärme-Einsatz in benachbarten Quartieren schließt den Kreis der Sektorkopplung.

2. Flexibilität vermarkten nach §14a EnWG

Hier liegt der Schlüssel für den VNB. Der Betrieb der KLA ist nicht starr. Große Becken bieten inhärente Speicherkapazität. Wir können die Belüftung, die Pumpen und zukünftig die Ozonung zeitlich so steuern, dass sie in Zeiten hoher lokaler PV-Einspeisung oder niedriger Netzbelastung laufen.

Als steuerbare Verbrauchseinrichtungen im Sinne des §14a EnWG sind Kläranlagen, insbesondere mit ihren großen Lasten und der Möglichkeit, Prozesse temporär zu verschieben (Demand-Side-Management), prädestiniert. Sie könnten dem VNB Blindleistung zur Verfügung stellen und Lasten verschieben, um das Netz in kritischen Situationen zu entlasten. Die Mehrkosten der 4. Reinigungsstufe könnten so teilweise durch die Bereitstellung von Flexibilitätsdiensten kompensiert werden.

3. Synergien mit der Wasserstoff-Strategie 2045

Die genannte Frist von 2045 für die KLA-Aufrüstung fügt sich nahtlos in die Zeitachse des übergeordneten Ziels der Klimaneutralität [1] und des geplanten Hochlaufs einer Wasserstoffwirtschaft ein [2]. Überschüssiger, regenerativer Strom, der lokal erzeugt wird (z.B. durch große PV-Anlagen auf der KLA), könnte zukünftig zur lokalen Wasserstoff-Erzeugung (Power-to-Gas) genutzt werden, um die regionale H2-Versorgung zu stabilisieren und die Gestehungskosten für grünen Wasserstoff zu senken.

Handlungsauftrag für die Strategieabteilung

Der Investitionsbedarf von 600 Millionen Euro (Quelle: WW-Kurier, 2024) allein in Rheinland-Pfalz ist Ihr Signal, jetzt aktiv zu werden. Warten Sie nicht, bis die Bauanträge für die 4. Stufe auf dem Tisch liegen und der Netzausbau unter Zeitdruck steht. Das Silodenken zwischen Wasserwirtschaft, Netzbetrieb und Erzeugung muss enden.

Was jetzt zu tun ist (Strategische Roadmap):

Gemeinsame Bedarfsanalyse (VNB & KLA): Detaillierte Analyse der zukünftigen Lastprofile der Kläranlagen in Ihrem Versorgungsgebiet, Ermittlung des kW-Anstiegs durch Ozonung oder Aktivkohle und Identifikation kritischer Netzpunkte.
Flexibilitäts-Audit: Identifikation der Flexibilitätspotenziale der KLA (Speicher, Pumpen, BHKW-Steuerung) und Entwicklung eines Business Case für die Bereitstellung von Netzdienstleistungen (§14a EnWG).
Infrastruktur-Mapping: Planung der Integration von lokalen Erneuerbaren (PV-Freifläche, Biogas-Optimierung) auf dem KLA-Gelände zur Deckung des Mehrbedarfs. Prüfung der Möglichkeit, die KLA als Knotenpunkt für ein lokales Wärmenetz oder zukünftige P2X-Anwendungen zu nutzen.

Die Kläranlage von morgen ist ein Grünes Technologiezentrum – ein Ort, an dem Wasser gereinigt, Energie erzeugt, Flexibilität bereitgestellt und Ressourcen intelligent gemanagt werden. Die Aufrüstung zur 4. Reinigungsstufe ist der ideale Hebel, um diese Transformation jetzt systemisch und zukunftsorientiert voranzutreiben.

Quellen

[1] Bundes-Klimaschutzgesetz (KSG): Gesetz zur Einhaltung der Klimaschutzziele 2030 und zur Festlegung nationaler Klimaschutzziele bis 2045. In der Fassung vom 18. August 2021.

[2] Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK): "Fortschreibung der Nationalen Wasserstoffstrategie" (2023). Beschreibt den geplanten Hochlauf der Wasserstoffwirtschaft bis 2030 und darüber hinaus.

WW-Kurier (2024): "Neue Reinigungsstufe für Kläranlagen in Rheinland-Pfalz bis 2045". Verfügbar unter: https://www.ww-kurier.de/artikel/165645-neue-reinigungsstufe-fuer-klaeranlagen-in-rheinland-pfalz-bis-2045 (Bestätigt Kosten von 600 Mio. € und Frist 2045).

Informationsdienst Wissenschaft (IDW), 2024: "Klärwerke auf dem Energiemarkt". Verfügbar unter: https://nachrichten.idw-online.de/2024/02/05/klaerwerke-auf-dem-energiemarkt (Belegt Anteil von 30-40% an der kommunalen Stromrechnung).

Wikipedia, "Kläranlage": Belegt den Anteil von ca. 20% am kommunalen Energieverbrauch.

Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall (DWA): DWA-Themenband T4/2019 "Energiebedarf für die weitergehende Abwasserreinigung zur Spurenstoffelimination". (Fachquelle für den Mehrverbrauch von 15-30%).