Contracting für Kläranlagen

Warum Kläranlagen oft der größte kommunale Stromverbraucher sind

Schulen, Rathäuser, Straßenbeleuchtung, Bäder: Eine Kommune betreibt viele Energieverbraucher. Die Kläranlage sticht darunter heraus. Das Umweltbundesamt beschreibt Kläranlagen seit Langem als den größten einzelnen Stromverbraucher kommunaler Einrichtungen.

Als Größenordnung wird häufig rund ein Fünftel des kommunalen Stromverbrauchs genannt. Der Grund liegt im Verfahren. Die biologische Reinigung im Belebungsbecken funktioniert nur, wenn Mikroorganismen ständig mit Sauerstoff versorgt werden.

Dazu drücken Gebläse Tag und Nacht Luft in die Becken. Hinzu kommen Pumpwerke im Zulauf, Rücklaufschlamm- und Rezirkulationspumpen, Rührwerke und die Schlammentwässerung. Außerdem muss die Faulung beheizt werden, in der Klärschlamm unter Luftabschluss abgebaut wird, meist in einem Faulturm.

Für ein Contracting ist das eine ideale Ausgangslage. Der Energiebedarf ist hoch, gut vorhersagbar und fällt an 8.760 Stunden im Jahr an, ohne Wochenend- oder Ferienpause. Gleichzeitig besitzt jede Anlage mit Schlammfaulung einen eigenen erneuerbaren Energieträger: Klärgas, ein methanreiches Gas aus der Faulung.

Wer dieses Gas vollständig und mit hohem Wirkungsgrad verstromt und parallel den Verbrauch der Belüftung senkt, kann einen großen Teil des Strombedarfs selbst decken. Warum das trotzdem vielerorts nicht passiert, hat meist drei Ursachen.

Die Investitionsbudgets sind knapp, und es fehlt Personal für den Betrieb komplexer Energietechnik. Außerdem laufen veraltete Aggregate längst über ihren wirtschaftlichen Lebenszyklus hinaus. Genau diese drei Engpässe adressiert Contracting-Modelle.

Energiequellen auf der Kläranlage – vom Klärgas-BHKW bis zur Abwasserwärme

Eine Kläranlage ist nicht nur Verbraucher, sondern auch Energiestandort. Je nach Größe und Verfahrenstechnik stehen mehrere Quellen zur Verfügung. Sie lassen sich im Contracting bündeln:

Klärgas und BHKW

In der Faulung bauen Mikroorganismen organische Bestandteile des Klärschlamms ab. Das geschieht unter Luftabschluss und bei beheizten Temperaturen, meist im mesophilen (mittleren) Bereich um 35 bis 38 °C. Dabei entsteht Klärgas.

Es besteht typischerweise zu etwa 60 bis 65 Prozent aus Methan, der Rest ist überwiegend CO₂. Ein Blockheizkraftwerk verbrennt dieses Gas in einem Gasmotor. Es erzeugt dabei gleichzeitig Strom und Wärme.

Die Wärme wird zu einem erheblichen Teil gleich wieder gebraucht. Der Faulbehälter muss auf Temperatur gehalten und der zugeführte Rohschlamm aufgeheizt werden. Damit schließt sich ein Kreislauf, wie er für BHKW-Contracting kaum günstiger sein könnte: Brennstoff, Stromverbraucher und Wärmesenke liegen auf demselben Gelände.

Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit ist, wie viel des erzeugten Gases tatsächlich im BHKW landet. Jede Stunde, in der Gas über die Fackel abgebrannt werden muss, ist verlorene Energie. Gründe dafür sind Wartung oder Störung des BHKW oder ein zu kleiner Gasspeicher.

Moderne Gasmotoren erreichen zudem deutlich höhere elektrische Wirkungsgrade als Aggregate, die vor zwei Jahrzehnten installiert wurden. Ein Austausch lohnt sich deshalb oft schon aus dem Wirkungsgradgewinn heraus.

Abwasserwärme und Photovoltaik

Gereinigtes Abwasser im Ablauf ist ganzjährig vergleichsweise temperaturstabil. Es eignet sich als Wärmequelle für eine Wärmepumpe. Der Engpass ist fast immer der Abnehmer.

Die Kläranlage selbst hat durch die BHKW-Abwärme oft genug Wärme. Interessant wird Abwasserwärme, wenn in der Nähe ein Wohngebiet, ein Gewerbegebiet oder ein Wärmenetz liegt.

PV wiederum passt gut zum Lastprofil. Der Grundlastbedarf der Anlage nimmt den Solarstrom tagsüber praktisch vollständig auf. Möglich sind Anlagen auf Betriebsgebäuden, Freiflächen am Rand des Geländes oder Überdachungen von Becken.

Bei Überdachungen sind Statik, Korrosion und die Zugänglichkeit für Betrieb und Wartung sorgfältig zu planen.

Contracting-Modelle für Kläranlagen im Vergleich

„Kläranlage Contracting“ ist kein einzelnes Produkt, sondern eine Familie von Vertragsmodellen. Welches Modell passt, hängt vom Kernproblem ab: Erzeugung (BHKW), Betrieb (Personal, Know-how) oder Verbrauch (Belüftung, Pumpen). Häufig werden Bausteine kombiniert.

Beim Energieliefer-Contracting stellt der Aufgabenträger das Klärgas bereit. Der Contractor wandelt es um und verkauft Strom und Wärme zurück. Gehört das Gas ohnehin der Kommune, wird er stattdessen für die Verfügbarkeit und den Wirkungsgrad der Anlage bezahlt.

Wie die Vergütung in solchen Modellen aufgebaut ist und welche Laufzeiten üblich sind, erklärt unser Beitrag zum BHKW-Contracting.

Beim Einspar-Contracting refinanziert sich die Investition aus der gemessenen Einsparung gegenüber einer vorab festgelegten Referenz (Baseline). Das Modell ist besonders geeignet für die Belüftung. Deren Verbrauch lässt sich gut messen und über Zulauffracht (Schmutzmenge im Zulauf) und Temperatur bereinigen.

Energieeffizienz Kläranlage: Belüftung als größter Hebel

In Anlagen mit Belebungsverfahren entfällt häufig mehr als die Hälfte des Stromverbrauchs auf die Belüftung der biologischen Stufe. Wer die Energieeffizienz einer Kläranlage verbessern will, beginnt deshalb fast immer hier. Typische Ansatzpunkte sind:

• Gebläse: Alte Drehkolbengebläse werden durch effizientere Aggregate mit Drehzahlregelung ersetzt, etwa Turbo- oder Schraubengebläse. Sie werden auf den realen Luftbedarf abgestimmt statt auf den Auslegungsfall.
• Belüfterelemente: Membranen altern, verstopfen und erhöhen den Druckverlust. Rechtzeitiger Tausch und feinblasige Belüftung verbessern den Sauerstoffeintrag je Kilowattstunde.
• Regelung: Sauerstoffregelung nach Bedarf, ergänzt um ammoniumbasierte Regelung oder Zonenregelung, vermeidet Überbelüftung in Schwachlastzeiten.
• Luftverteilung: Druckoptimierte Ventilstellungen („Most-open-valve“-Strategie) senken den Systemdruck und damit die Gebläseleistung.
• Pumpen und Antriebe: Hocheffiziente Motoren, Frequenzumrichter und passend ausgelegte Pumpen für Zulauf, Rücklaufschlamm und Rezirkulation.

Als methodische Grundlage hat sich in Deutschland das DWA-Arbeitsblatt A 216 („Energiecheck und Energieanalyse“) etabliert. Die DWA ist die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall. Das Arbeitsblatt liefert Kennwerte zum Vergleich mit anderen Anlagen.

Eine solche Analyse ist zugleich die ideale Baseline für ein Einspar-Contracting. Sie zeigt, wo die Anlage steht und welche Maßnahmen welchen Effekt versprechen. Sie zeigt auch, wie die Einsparung später sauber nachgewiesen wird.

Wichtig: Effizienz darf nie zulasten der Reinigungsleistung gehen. Jede Maßnahme an der Belüftung wird deshalb mit der Betriebsleitung abgestimmt und so geregelt, dass die Einleitwerte jederzeit eingehalten bleiben.

Rechtsrahmen und Förderung für Energie-Contracting auf Kläranlagen

Der Rechtsrahmen für Energieprojekte auf Kläranlagen ist vielschichtig. Die folgenden Punkte gehören in jedes Konzept, Details prüfen wir für jede Anlage einzeln:

• EEG: Klärgas ist im Erneuerbare-Energien-Gesetz als eigener Energieträger erfasst. Für Strom, der eingespeist wird, kommt eine Vergütung nach dem EEG in Betracht.
• KWKG: Das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz fördert KWK-Strom (Strom aus gekoppelter Strom- und Wärmeerzeugung) über Zuschläge. Unter bestimmten Voraussetzungen gilt das auch für eigenverbrauchten Strom. EEG- und KWKG-Förderung für dieselbe Strommenge schließen sich aus. Welche Schiene sinnvoller ist, ist eine Rechenfrage.
• Kommunalrichtlinie (NKI): Die Förderrichtlinie der Nationalen Klimaschutzinitiative enthält Förderschwerpunkte für Kläranlagen, darunter Potenzialstudien und investive Maßnahmen. Konditionen und Fristen ändern sich. Wir prüfen den aktuellen Stand.
• Landesprogramme: Mehrere Bundesländer fördern Energieanalysen und Effizienzmaßnahmen in der Abwasserwirtschaft zusätzlich.
• Registrierung und Meldungen: Erzeugungsanlagen wie BHKW und PV sind im Marktstammdatenregister einzutragen. Im Contracting übernimmt das der Contractor.
• Klärschlammverordnung (AbfKlärV): Sie verpflichtet größere Anlagen in den kommenden Jahren zur Phosphorrückgewinnung. Außerdem schränkt sie die landwirtschaftliche Verwertung ein. Das verändert die Schlammstrategie und damit auch den Wärmebedarf. Infrage kommen etwa Trocknung oder Monoverbrennung (Verbrennung nur von Klärschlamm). Ein Energiekonzept sollte diese Entwicklung von Anfang an mitdenken.

Im Contracting übernimmt Green Contracting das Fördermittel-Management, von der Auswahl des passenden Programms über den Antrag bis zum Verwendungsnachweis. Die Förderwirkung lässt Green Contracting in den Energiepreis einfließen. Wichtig bei allen Programmen: Anträge müssen in der Regel vor Beginn der Maßnahme gestellt werden.

Vergaberecht: Kläranlagen-Contracting für Kommunen und Zweckverbände

Gemeinden, Städte, Abwasserzweckverbände, Eigenbetriebe und Anstalten öffentlichen Rechts sind öffentliche Auftraggeber im Sinne von § 99 GWB (Gesetz gegen Wettbewerbsbeschränkungen). Ein Contracting-Vertrag ist deshalb grundsätzlich auszuschreiben.

Oberhalb der EU-Schwellenwerte gelten Teil 4 des GWB und die Vergabeverordnung (VgV). Unterhalb gilt die Unterschwellenvergabeordnung (UVgO) oder das jeweilige Landesvergaberecht. Contracting-Verträge bündeln Planung, Bau, Lieferung und Betrieb über viele Jahre.

Deshalb wird der geschätzte Gesamtauftragswert über die Laufzeit schnell groß. Er ist für die Wahl des Verfahrens maßgeblich.

In der Praxis bewährt sich eine funktionale Leistungsbeschreibung. Die Kommune beschreibt darin, was sie braucht (Strom- und Wärmeversorgung, Verfügbarkeit, Einsparziel), und überlässt den Bietern das Wie. Das fördert technische Innovation und macht Angebote über die Lebenszykluskosten vergleichbar.

Wie ein solches Verfahren aufgebaut ist und welche Wertungskriterien sich eignen, beschreibt unser Beitrag zur Contracting-Ausschreibung.

Beispielrechnung: Klärgas-BHKW im Contracting

Die folgende Rechnung ist ein Beispiel mit offengelegten Annahmen, keine Zusage und kein Angebot. Sie zeigt, wie sich die Wirtschaftlichkeit eines Klärgas-BHKW zusammensetzt. Ihre eigenen Werte können deutlich abweichen.

Drei Einordnungen gehören dazu. Erstens: Die Wärme ist in dieser Rechnung nicht als Erlös angesetzt, weil sie überwiegend für die Faulturmbeheizung gebraucht wird. Ohne BHKW müsste das Klärgas ohnehin in einem Kessel verbrannt werden.

Der eigentliche Mehrwert des BHKW ist der Strom. Zweitens: Existiert bereits ein BHKW, zählt nur die Differenz. Das ist zusätzlicher Strom durch höheren Wirkungsgrad, weniger Fackelstunden und höhere Verfügbarkeit.

Drittens: Förderung nach KWKG oder EEG, Zuschüsse aus der Kommunalrichtlinie und steuerliche Effekte sind nicht eingerechnet. Sie würden das Ergebnis je nach Einzelfall verändern. Ein belastbares Ergebnis liefert erst die Auswertung Ihrer realen Gasmengen, Gasanalysen und Lastgänge.

Checkliste: Diese Daten brauchen wir für den Energiecheck

Je vollständiger diese Unterlagen vorliegen, desto schneller und genauer wird das Konzept:

• Ausbaugröße und tatsächliche Belastung in Einwohnerwerten (EW), Größenklasse
• Stromverbrauch der letzten drei Jahre, möglichst mit Lastgang (15-Minuten-Werte)
• Klärgasmengen, Gasanalysen (Methan, Schwefelwasserstoff, Siloxane), Größe des Gasspeichers
• Fackelstunden bzw. abgefackelte Gasmengen pro Jahr
• Bestehendes BHKW: Baujahr, Leistung, Betriebsstunden, Wirkungsgrade, Wartungsvertrag
• Wärmebedarf von Faulung, Schlammbehandlung und Gebäuden; vorhandene Kessel
• Belüftungssystem: Gebläsetyp, Belüfteralter, Regelungskonzept, Sauerstoffsollwerte
• Vorhandene Energieanalyse (z. B. nach DWA-A 216) und geplante Investitionen
• Zeitliche Rahmenbedingungen: Klärschlammstrategie, anstehende Sanierungen, Haushaltsplanung

Ablauf: So wird Ihre Kläranlage zum Contracting-Projekt

1. Energiecheck: Aufnahme von Verbrauch, Gasbilanz, Wärmebedarf und Anlagenzustand; Vergleich mit Kennwerten; erste Einschätzung der Potenziale.
2. Konzept und Wirtschaftlichkeit: Varianten für BHKW, Belüftung, PV und Wärme, Lebenszykluskosten, Förderoptionen, Vergleich Eigenbetrieb gegenüber Contracting.
3. Vergabeweg klären: Schätzung des Auftragswerts, Wahl des Verfahrens, funktionale Leistungsbeschreibung und Wertungskriterien.
4. Vertrag: Leistungsgrenzen, Schnittstellen zum Klärbetrieb, Gasbereitstellung, Verfügbarkeit, Preisgleitung, Laufzeit, Messkonzept und Rückgabe der Anlagen am Vertragsende.
5. Umsetzung im laufenden Betrieb: Montage und Inbetriebnahme so geplant, dass Reinigungsleistung und Faulturmbeheizung ohne Unterbrechung gesichert bleiben.
6. Betrieb und Monitoring: Fernüberwachung, Wartung, Störungsdienst, jährlicher Bericht zu Erzeugung, Verfügbarkeit und Einsparung.

Fallstricke beim Klärgas-BHKW und beim Kläranlagen-Contracting

• Gasqualität unterschätzt: Siloxane (siliziumhaltige Verbindungen) aus Kosmetik- und Reinigungsmitteln bilden bei der Verbrennung abrasive Ablagerungen im Motor. Schwefelwasserstoff wirkt korrosiv. Ohne passende Gasreinigung (Entschwefelung, Aktivkohle, Trocknung) steigen Verschleiß und Ausfallzeiten erheblich. Gasanalysen gehören an den Anfang jedes Projekts.
• Fackelbetrieb als Dauerzustand: Ein zu kleiner Gasspeicher, ein einzelnes BHKW ohne Reserve oder lange Wartungsfenster führen dazu, dass regelmäßig Gas abgefackelt wird. Das kostet Strom, der dann zugekauft werden muss.
• Fehlende Redundanz für die Faulung: Die Faulturmbeheizung muss auch bei BHKW-Ausfall gesichert sein. Ein Reserve- oder Zweistoffkessel ist Pflichtbestandteil des Konzepts.
• Überdimensioniertes BHKW: Ein Aggregat, das auf eine optimistische Gasprognose ausgelegt ist, läuft im Teillastbetrieb oder taktet. Das verschlechtert den Wirkungsgrad und erhöht den Verschleiß. Mehrere kleinere Module sind oft robuster.
• Unklare Schnittstellen: Wer betreibt Gasstrecke, Speicher und Fackel? Wer haftet bei Explosionsschutz-Themen? Ungenaue Leistungsgrenzen sind der häufigste Grund für Streit im Vertrag.
• Vergabe übersprungen: Eine Direktvergabe ohne Vergabeverfahren kann zur Unwirksamkeit des Vertrags führen. Das Verfahren gehört in den Zeitplan.
• Baseline ohne Bereinigung: Beim Einspar-Contracting muss die Referenz um Zulauffracht, Temperatur und Regenwetter bereinigt werden. Sonst ist die Einsparung nicht fair messbar.

Für wen sich Kläranlage Contracting lohnt – und für wen nicht

Auch für angrenzende Betriebe ist das Thema relevant. Industrielle Abwasserbehandlung sowie Lebensmittel- und Getränkeindustrie mit eigener Vorbehandlung oder Vergärung stehen vor ähnlichen Fragen. Mehr dazu auf unserer Seite zum Energie-Contracting für die Industrie.

Häufige Fragen zum Kläranlage Contracting