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BLACKOUT-Szenarien in der Siedlungswasserwirtschaft

 

Quelle: Masterarbeit BLACKOUT-Szenarien in der Siedlungswasserwirtschaft, Hannes GLATZ, BSc, Technischen Universität Graz, 01/2018

Kurzfassung

Ziel der Masterarbeit ist es, auf Basis einer umfassenden Literaturrecherche festzustellen, wie wahrscheinlich ein Szenario eines großflächigen, länger andauernden Stromausfalles (Blackout) in unseren Breiten ist, mit welchen Auswirkungen gerechnet werden muss und welche Gegenmaßnahmen in Frage kommen. Der Fokus liegt dabei auf der Siedlungswasserwirtschaft (Trinkwasserversorgung und Abwasserentsorgung).

Zusätzlich sind neben der Literaturrecherche Fragebögen für einen Trinkwasserversorger, einen Abwasserentsorger und einzelne Haushalte entwickelt worden, die sich mit dem Thema Blackout erstmalig intensiver auseinandersetzen wollen, um zum einen mögliche Auswirkungen eines Blackouts auf die eigene Unternehmung abschätzen und um zum anderen etwaige Gegenmaßnahmen dagegen entwickeln und vorbereiten zu können. Dafür wurden mit einigen Abwasserentsorgern und Wasserversorgern auch direkt vor Ort Workshops durchgeführt, auf Basis derer die entwickelten Fragebögen zum einen getestet und zum anderen auch noch angepasst und weiterentwickelt wurden. Des Weiteren haben auch noch Befragungen bei einem Kraftwerksbetreiber, einem Netzbetreiber und einer Freiwilligen Feuerwehr stattgefunden.

Anhand der durchgeführten Befragungen und Workshops sowie auf Basis der ausgearbeiteten Fragebögen sollte es möglich sein, die aktuelle Sicherheit der Trinkwasserversorgung- und Abwasserentsorgungsanlagen in einem solchen Blackout-Szenario abzuschätzen und aufzuzeigen. Daraus können dann in weiterer Folge Maßnahmen abgeleitet und entwickelt werden, um solche flächendeckende Stromausfälle in der Siedlungswasserwirtschaft mit einem Minimum an Schäden zu überbrücken.

Dadurch ist es einerseits möglich die Bevölkerung und die Betreiber für ein solches Blackout-Szenario zu sensibilisieren und andererseits den Wasserversorgen und Abwasserentsorgern aufzuzeigen, in welchen Teilbereichen möglicherweise in der Vorbereitung auf solche Szenarien noch Verbesserungsbedarf besteht. Die kritische Befassung mit und Systemanalyse von solchen Szenarien sollten damit auch einen ersten Schritt zu einem nachfolgenden Risk Assessment und Risk Management darstellen, im Rahmen derer dann auch konkrete unternehmensspezifische Maßnahmenpläne erarbeitet werden sollten.

Im Zuge der Arbeit wurde festgestellt, dass im Bereich der Trinkwasserversorgung schon Einiges in Bezug auf Störfallsicherheiten erarbeitet bzw. oft auch bereits umgesetzt wurde, wohingegen im Abwassersektor vielfach noch Aufhol- und Vorbereitungsbedarf besteht.

9 Auswertung der Fragebögen/Workshops

9.4 Zusammenfassung der Ergebnisse

9.4.2 Wasserversorger

Die bereits durchgeführten und noch geplanten Vorbereitungsmaßnahmen gegen Blackout-Szenarien der an der Masterarbeit dankenswerterweise teilgenommen Wasserversorgungsunternehmen können als vorbildlich und beispielgebend betrachtet werden. Beispielhaft dafür wurde auf die aktuelle Situation des Wasserverbands Wasserversorgung Grenzland Südost eingegangen und näher beschrieben. Wie im Kapitel 9.1.6 im Detail beschrieben, können dort schon heute durch zehn stationär installierte Notstromaggregate rund 80 % der Einwohner im Verbandsgebiet in Blackout-Fällen mit Trinkwasser versorgt werden. Bis zum Jahre 2025 sollen noch 12 weitere Aggregate angeschafft werden, womit es dann möglich sein sollte, sämtliche Einwohner im Verbandsgebiet im Notfall mit Trinkwasser zu versorgen. Wenn man bedenkt, dass es sich hierbei um einen Wasserverband handelt, der sowohl für die Gewinnung als auch für den Transport des Trinkwassers ausschließlich auf Pumpen angewiesen ist, ist das bisher schon Umgesetzte bereits beachtlich. Damit dies alles möglich wurde, bedurfte es kleiner bis mittelgroßer Investitionen. Zu Beginn stand eine energieautarke Energieversorgung der Verbandszentrale im Vordergrund. Dafür sollte die Steuerung und Überwachung im Falle eines Blackouts von der Verbandszentrale aus gewährleistet werden. In einer zweiten Phase werden nun sukzessive alle Außenanlagen wie Brunnen, Pumpwerke, Hochbehälter usw. mit stationären Notstromaggregaten ausgestattet. Damit im Krisenfall ein reibungsloser Betrieb gewährleistet werden kann, bedarf es auch daraufhin gut geschulte Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen. Dafür sind auch entsprechende ein Personaleinsatzplan zu entwickeln.

Wasserversorger, die einen Großteil ihres Trinkwassers von Quellen aus Mittel- und Hochgebirgslagen beziehen können und dieses dann zum Großteil auch rein gravitativ zu ihren Kunden transportieren können, haben deutlich weniger Vorbereitungsbedarf gegenüber Blackout-Szenarien, sollten sich mit dem Thema aber auch beschäftigen.

9.4.3 Abwasserentsorger

Wo die Hauptprobleme während eines Blackouts für einen Abwasserentsorger auftreten werden, ist einfach erklärt. Im Falle einer hohen Anzahl von nicht mit Notstrom versorgbaren Hebeanlagen (Pumpen) sind unter der Voraussetzung, dass die Trinkwasserversorgung in der Region funktionsfähig bleibt, zunächst im Kanalnetz durch den Rückstau von Abwasser zu den Kunden die größten Probleme zu erwarten. Im Gegensatz dazu sind die ARAs, wie am Beispiel des Wasserverbandes Ossiacher Sees gezeigt werden konnte, durch die vorausschauende Installation eines leistungsfähigen, stationären Notstromaggregates leichter in der Lage, selbst einige Tage andauernde Blackout-Szenarien zu überbrücken. Zudem kann dort im Bedarfsfall auch die Leistung der Anlage reduziert werden und das ankommende Abwasser in Mischwasserrückhaltebecken zwischengespeichert werden.

Bei großen Abwasserverbänden ist eine Ausstattung aller Hebeanlagen mit stationären Aggregaten finanziell kaum vertretbar. Hierbei sollten nur die Hauptpumpstationen mit stationären Aggregaten ausgestattet werden, während an den mittelgroßen bis kleinen Pumpanlagen mittels mobilen Aggregaten versucht werden sollte, das Abwasser weiter zu pumpen oder in Güllefässer umzupumpen. Mit Hilfe der Güllefässer kann das Abwasser dann nach einem Blackout auch direkt zur ARA transportiert werden und dort auch einer Reinigung unterzogen werden.

Im Vergleich zur Trinkwasserversorgung bekam ich mit der Bearbeitung der Masterarbeit den Eindruck, dass dieser Bereich der Siedlungswasserwirtschaft im Abschätzen von Blackout-Szenarien und im Vorbereiten und Umsetzen von Gegenmaßnahmen dagegen etwas weiter ist, als der Bereich der Abwasserentsorgung.

9.4.4 Haushalte

Da 39 % der befragten Haushalte von Blackouts bis zur durchgeführten Befragung noch nichts gehört bzw. gelesen hatten, sehe ich auch hier entsprechenden Aufholbedarf, in der Sensibilisierung der Bevölkerung für dieses Thema. Zudem war fast der Hälfte nicht bekannt, ob ihre Trinkwasserversorgung vom Strom abhängig ist oder nicht. Dies kann im Ernstfall zu bösen Überraschungen führen, sofern man überhaupt keine Wasservorräte zu Hause hat. [siehe auch Erkenntnisse aus der Studie „Ernährungsvorsorge in Österreich“] Nur lediglich 29 % der Befragten haben Wasservorräte zu Hause. Dabei muss aber auch an die Bevölkerung selbst appelliert werden, da die Anschaffung von Trinkvorräten für ein bis zwei Wochen mit keinen hohen Investitionen verbunden ist. Eine Vorbereitung im Abwasserbereich ist für die Haushalte selbst nur sehr schwer möglich. Neben nicht in der Wand verbauten Spülkästen, wo alternatives Nutzwasser per Hand mittels Kübeln nachgefüllt werden könnte, stehen im ländlichen Raum vielleicht auch noch alte Senkgruben zur Verfügung oder, wenn es sich zeitlich organisieren lässt, könnten im Fall von längeren Blackouts auch noch mobile WC-Anlagen und Notlatrinen aufgestellt werden. Auch im Hinblick auf die wichtige Funktion von Rückstausicherungen in den Hausanschlussleitungen sollte die Bevölkerung regelmäßig informiert werden, damit in einem Blackout-Fall nicht Abwasser in die Keller- und Wohnbereiche zurückgestaut wird. Regelmäßige Informationen an die Bevölkerung helfen erfahrungsgemäß auch das Vertrauensverhältnis zu den Kunden zu verbessern.

 

 

11 Zusammenfassung, Schlussfolgerungen und Empfehlungen

Nach einer Einführung in das Thema Blackout inkl. einer Abschätzung von Auftretenswahrscheinlichkeiten, einer Darstellung möglicher Ursachen und einer Abschätzung möglicher Folgen wurde im Rahmen dieser Masterarbeit schwerpunktmäßig der Infrastrukturbereich Siedlungswasserwirtschaft mit den beiden Hauptbereichen Wasserversorgung und Abwasserentsorgung einer näheren Betrachtung unterzogen. Nach einer eingehenden Analyse aller wesentlichen Anlagenteile und deren Stromabhängigkeit wurden schließlich drei Fragebögen für Wasserversorger, Abwasserentsorger und deren Kunden entwickelt und mit der Hilfe von ausgewählten Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungsunternehmen weiterentwickelt. Die Fragebögen sollen vor allem der Sensibilisierung von Betreibern in der Siedlungswasserwirtschaft dienen, die sich mit dem Thema Blackout erstmalig intensiver auseinandersetzen wollen, um mögliche Auswirkungen eines Blackouts auf die eigene Unternehmung abschätzen und um etwaige Gegenmaßnahmen dagegen entwickeln und vorbereiten zu können. Sie sollen daher in erster Linie einer kritischen Systemanalyse für solche Szenarien dienen und können damit dann auch einen ersten Schritt zu einem nachfolgenden Risk Assessment und Risk Management darstellen, im Rahmen derer dann auch konkrete unternehmensspezifische Maßnahmenpläne erarbeitet werden sollten.

In der Trinkwasserversorgung ist es im Vergleich zur Abwasserentsorgung relativ einfach, ihre Funktion auch im Falle eines Blackouts aufrecht erhalten zu können. Dies erfordert vor allem den Einsatz von entsprechend dimensionierten, stationären Notstromaggregaten sowie ausreichende Treibstoffvorratstanks. Sowohl in Bereichen der Wassergewinnung, einer eventuell erforderlichen Wasseraufbereitung, der Wasserspeicherung als auch im Transport- und Verteilernetz sind stationäre Aggregate inkl. Vorratstanks notwendig. Durch den Einsatz von Treibstoff in Schutz- und Schongebieten sind besondere Auflagen, wie Ölbindemittel vor Ort, öldichte Auffangwannen, doppelwandige Leckagetanks etc., zu beachten und zu erfüllen (Friedl, 2017). Als Vorreiter in Sachen krisensichere Wasserversorgung kann der Wasserverband Wasserversorgung Grenzland Südost in der Steiermark angesehen werden. Dabei sind die bereits installierten Aggregate so in den Prozess integriert, dass sie sich im Falle einer plötzlichen Stromunterbrechung auch automatisch aktivieren und in den Prozess integrieren.

Wenn die Trinkwasserversorgung während eines Blackouts nicht aufrechterhalten werden kann, wird auch Abwasser in geringeren Mengen aber sehr wahrscheinlich in höheren Konzentrationen anfallen, da dann auch kein verdünnendes Spülwasser, Waschwasser etc. mehr zur Verfügung gestellt werden kann.

Dadurch kann aber auch Zeit gewonnen werden, da ein Ein- und Rückstau durch nicht notstromgepufferte Pumpwerke in der Kanalisation nicht so schnell eintreten wird, als wenn die Trinkwasserversorgung komplett notstromversorgt wäre oder rein gravitativ sichergestellt werden kann. Gleichzeitig auftretende Regenereignisse können die Situation aber auch wieder verschlimmern, weil dann z. B. an Entlastungspunkten größere Schmutzfrachtspitzen in die Gewässer abgeschlagen werden könnten. Dementsprechend sollten an den neuralgischen Punkten der Kanalisation, wie z. B. an Hauptpumpwerken, stationäre Notstromaggregate mit ausreichendem Tankvolumen bereitgestellt werden. Durch den zusätzlichen Einsatz von mobilen Notstromaggregaten kann dann an untergeordneten Hebeanlagen das Abwasser in bestimmten Abständen weiter gefördert werden.

Zudem kann und muss man dann oft auch auf unkonventionelle Lösungen zurückgreifen, wie zum Beispiel beim Stromausfall im Münsterland 2005. Hierbei wurde an den kritischen Punkten im Kanalnetz das Abwasser mittels Einsatz von mobilen Pumpen und Notstromaggregaten in Güllefässern umgepumpt. Mit diesen wurde dann das Abwasser zu jenen Punkten transportiert, von wo es dann ohne weitere Energiezufuhr von außen im freien Gefälle zur Abwasserreinigungsanlage (ARA) fließen konnte. (Petermann u. a., 2010)

Bei der ARA angekommen, gibt es eine optimale, eine vertretbare sowie eine nicht vertretbare Lösung, wie mit dem ankommenden Abwasser während eines Stromausfalles umgegangen werden kann. Die optimale Lösung inkludiert die Anschaffung eines leistungsstarken, stationären Notstromaggregates mit dazugehörigem Vorratstank, mit dem es möglich ist, die komplette Anlage für ein bis zwei Wochen mit Strom zu versorgen. Wie so ein Aggregat aussehen kann, wurde uns im Rahmen des Workshops beim Wasserverband Ossiacher See auf der ARA Feldkirchen präsentiert (siehe Abbildung 9-4). Zusätzlich dazu kann erwogen werden, die Leistung einzelner Anlagenteile der ARA zu reduzieren, um damit den Gesamtenergieverbrauch zu senken und damit dann auch den Zeitraum mit Notstromversorgung zu verlängern. Dies kann beispielsweise durch teilweises Abschalten von Umwälz- und Belüftungseinrichtungen in den Belebungsbecken erfolgen, wenn diese in großer Anzahl vorhanden sind. Sofern der Abwasserstrom im Zulaufbereich erste nach dem Durchlaufen der mechanischen Reinigungsstufen gehoben wird, wie es z. B. bei der ARA Graz der Fall ist, kann das bei der ARA noch ankommende Abwasser die mechanischen Reinigungsstufen mit relativ geringem Energiebedarf rein gravitativ durchlaufen und danach ohne erforderliche Pumpenergie in das Gewässer zumindestens mechanisch vorgereinigt geleitet werden. Dadurch, dass das Abwasser dann zumindestens mechanisch vorgereinigt werden kann, können in Abhängigkeit von der Aufenthaltszeit in den Vorklärbecken die im Abwasser enthaltenen Feststoffe und auch die organischen Kohlenstoffsummenparameter (CSB und BSB5) bereits deutlich reduziert werden.

Dabei ist jedoch zu beachten, dass der dann verstärkt im Sohlbereich der Vorklärbecken abgelagert Primärschlamm auch noch geräumt und entfernt werden sollte, was nur sehr schwer ohne elektrischer Energie funktionieren wird. Auch das rein manuelle Reinigen der Rechenanlage wäre eine sehr mühevolle Aufgabe und müsste wohl auch kontinuierlich durchgeführt werden, um Verstopfungen und Verklausungen zu vermeiden. Zudem würden sich im belüfteten Sandfang zufolge einer ausgefallenen Belüftung neben Sand auch bereits die organischen Bestandteile verstärkt ablagern, was wie beim sehr energiereichen Primärschlamm in den Vorklärbecken auch hier bereits zu Geruchsproblemen führen kann. Aus diesem Grund sollten diese Anlagenteile, deren Energiebedarf gegenüber jenen der biologischen Reinigungsstufe deutlich geringer ist, auf jeden Fall mit Notstrom versorgt werden können, um deren Funktionsweise nach Möglichkeit auch automatisch aufrecht erhalten zu können.

Zudem ist eine Ausstattung von ARAs mit Blockheizkraftwerken (BHKW) sinnvoll, da durch diese neben elektrischer Energie auch thermische Energie erzeugt wird, die beide auf der Anlage selbst verwendet werden können. Dabei muss jedoch beachtet werden, dass der überwiegende Teil der ARAs in Österreich nicht allein durch die Energie von BHKW energieautark betrieben werden kann. Es gibt zwar mittlerweile einige wenige Ausnahmen, die allerdings auch nur solange funktionieren würden, solange ausreichend Klärschlamm und CoSubstrat sowie eine voll funktionsfähige Faulung inkl. Faulgasgewinnung gewährleistet werden können.

Eine zusätzliche Ausstattung der ARA mit PV-Anlagen ist nur dann sinnvoll, wenn diese inselbetriebsfähig sind und zudem über Speichermöglichkeiten, wie Batterien, verfügen. Dabei ist jedoch aufgrund der Arbeitssicherheit eine automatische Netzentkopplung der PV-Anlage vom Versorgungsnetz im Blackout-Fall sicherzustellen. Eine Ausstattung der ARA mit Kleinwasserkraftwerken im Ablaufbereich kann ebenfalls Abhilfe schaffen, sofern dort eine ausreichende Fallhöhe in das Gewässer vorhanden ist. Im Hochwasserfall oder sofern deutlich geringere Abwassermengen zur ARA gelangen, führt das aber auch unweigerlich zu einer Leistungsreduktion des Kraftwerkes.

Sollte der Betreiber einer ARA all diese oben angeführten Möglichkeiten für eine Blackout-Bewältigung nicht besitzen, bleibt im Blackout-Fall nach der Ausnutzung sämtlicher Zwischenspeichermöglichkeiten nur mehr der Abschlag des völlig ungeklärten Abwassers in die aquatische Umwelt. Die Folgen für das dort vorherrschende Ökosystem wären je nach Wasserführung in den Gewässern fatal. Sollte es sich dabei zudem um ein Gewässer handeln, aus welchem Oberflächenwasser für die Trinkwasserversorgung entnommen wird, wären die Folgen noch dramatischer.

Da die betriebsinterne Kommunikation während eines Blackouts sehr wichtig ist, sollte jeder Wasserver- und Abwasserentsorger über einen firmeninternen Sprechfunk mit möglichst eigener Funkfrequenz verfügen.

Sollte ein Blackout-Szenario tatsächlich eintreten, liegt es in der Hand der Kraftwerks- und Netzbetreiber, die Energieversorgung so schnell wie möglich wiederherzustellen. Zufolge der im Rahmen dieser Masterarbeit durchgeführten Recherchen sind unsere Energieversorgungsunternehmen in Österreich sehr gut auf einen solchen Ernstfall vorbereitet und dieser aufgrund der zur Verfügung stehenden Kraftwerksanlagen gerade in Österreich auch sehr unwahrscheinlich. Will man sich als normaler Bürger trotzdem für so einen Extremfall vorbereiten, empfiehlt sich die Anschaffung eines hauseigenen Diesel-Notstromaggregates inkl. Vorratstank sowie die Bevorratung mit Trinkwasser und Lebensmitteln für rund zwei Wochen.

Sofern man über Notstromaggregate verfügt, ist eine regelmäßige, mindestens monatliche Überprüfung inkl. Testlauf unbedingt zu empfehlen, um im Ernstfall negative Überraschungen möglichst zu vermeiden. Dies gilt sowohl für die einzelnen Haushalte, als auch für die Trinkwasserversorger und Abwasserentsorger selbst. Auch auf den richtigen Umgang mit diesen Aggregaten ist ein besonderes Augenmerk zu legen.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass sich die Wasserversorger und Abwasserentsorger bisher sehr unterschiedlich mit dem Thema Blackout in der Siedlungswasserwirtschaft auseinandergesetzt haben. Während man sich im Trinkwasserbereich schon seit einiger Zeit intensiver mit derartigen Krisen beschäftigt, besteht hier im Abwasserbereich meiner Einschätzung nach noch Nachholbedarf. Als sehr positives Beispiel aus dem Trinkwasserbereich sei hier das gerade erst aktualisierte W 74 des ÖVGW zu nennen.

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