Energieeffizienz in der Wasserversorgung DI Dr. Roman NEUNTEUFEL 14.11.2013, Infotag WASSER 2013, Burgenland
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Inhalt
nergieeffizienz in der Wasserversorgung (ÖVGW Studie, 2012) Ziel der Studie Physikalische Grundlagen Datengrundlage der Studie Energieverbrauch Sparpotential Energieerzeugung durch WVU
irtschaftlichkeitsabschätzung von Energiegewinnung (Trinkwasserkraftwerk) Beispiel: WLV Nördliches Burgenland
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Fragestellungen der Studie Energieeffizienz Überblick über den Energiebedarf schaffen… Wie viel Energie wofür verwendet? Unterschiede durch verschiedene Rahmenbedingungen? Mögliche Einsparungspotentiale abschätzen… Steigerung der Energieeffizienz (Pumpeneffizienz) Was kann Wasserverlustmanagement Überblick über die Energieproduktion schaffen… Existierende Stromproduktion durch Trinkwasserkraftwerke? Anteil der „Eigenversorgung“ der Wasserversorgung? Erweiterungspotentiale? 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien
Physikalische Grundlagen (Energieerzeugung / Energieverbrauch) eistung (P) x Zeit (t) = Energiemenge (E) 1 Kilowatt x 1 Stunde = 1 Kilowattstunde
lektrische Leistung = Pel = U x I Elektromotor 230 Volt x 10 Ampere = 2300 Watt oder 2,3 Kilowatt (kW)
ρ = Dichte des Wassers [1000 kg/m³] g = Erdbeschleunigung [9,81 m/s²] h = Nettofallhöhe [im Beispiel: 100 m] Q = Zufluss [im Beispiel: 1 m³/s]
14.11.2013
100 m
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espeicherte Energie = Epot = Masse x g x h 1000 kg x g x h = 981 kWs = 0,2725 kWh
ydraulische Leistung = Phy = Q x ρ x h x g Pumpe / Turbine: Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien 1 m³/s x 1000 x 100 m x 9,81 981 kW
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Datengrundlage der Studie zur Energieeffizienz DW-Daten, Fragebogen, E-Mail und Telefonkontakte Plausibilitätsprüfung
Datensätze repräsentieren rund 68 % der zentral versorgten Bevölkerung 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien
Gesamter Stromverbrauch in der Wasserversorgung
2010 wurden 64,3 TWh Strom verbraucht und es wurden 62 TWh Strom produziert
(Quelle: E-Control Austria)
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Hochgerechneter Stromverbrauch fßr die zentrale Trinkwasserversorgung im Jahr 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien
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Energieverbrauch Im Durchschnitt: 0,33 kWh/m³ Systemeinspeisung 195 l/Ed Stromverbrauch:
Maximalwert: 2,09
0,064 kWh pro versorgtem Einwohner am Tag oder
23 kWh pro versorgtem Einwohner im Jahr 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien
+ Mittelwert aller Einzelwerte ● mengengewichteter Mittelwert
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Energieverbrauch pro m³ und pro 100 m Normierung anhand der tatsächlichen Pumphöhe 0,2725 kWh / m³ / 100 m ist der physikalisch mögliche Grenzwert Dient zur Beurteilung des Wirkungsgrades Österreichischer Durchschnitt: 0,6 - 0,7 kWh/m³/100m Bandbreite: 0,35 bis 1,7 kWh/m³/100m
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Wirkungsgrad von Wasserpumpen / Pumpwerken
80 % nur unter optimalen Bedingungen erreichbar Durch wechselnde Bedingungen (Druck, Menge) zumeist nur 50 % möglich
80 % ist der maximal erreichbare Grenzwert bei Berücksichtigung aller Verluste
Leitfaden zur Optimierung der Energienutzung
+ Mittelwert aller Einzelwerte ● mengengewichteter Mittelwert
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EINSPARUNGSPOTENTIAL
1. Pumpeneffizienz
Beispiel realistische Schätzung: Alle WVU unter 40 %: auf durchschnittlich 40 % Wirkungsgrad rund 1 kWh pro versorgten Einwohner im Jahr
Beispiel ambitionierte Schätzung: Alle WVU unter 50 %: auf durchschnittlich 50 % Wirkungsgrad rund 2,7 kWh pro versorgten Einwohner im Jahr
Einsparungen durch Steigerung der Pumpeneffizienz realistisch 4 % maximal 12 %
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EINSPARUNGSPOTENTIAL
2. Wasserverlustmanagement
Beispiel realistische Schätzung: Alle WVU über 19 % *): auf durchschnittlich 19 % reale Verluste rund 0,14 kWh pro versorgten Einwohner im Jahr
Beispiel ambitionierte Schätzung: Alle WVU über 11 % **): auf durchschnittlich 11 % reale Verluste rund 0,43 kWh pro versorgten Einwohner im Jahr
Einsparungen durch verbessertes Wasserverlustmanagement realistisch 0,6 % maximal 2 % *) obere Quartile; **) Median der Wasserverluste in der Studie 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien
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Stromproduktion durch Trinkwasserkraftwerke (TWKW) Stichprobe 30 WVU produzierten im Jahr 2010 gemeinsam 120 Mio. kWh
Hochrechnung gesamte Stromerzeugung durch Trinkwasserkraftwerke 127 Mio. kWh
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Wirkungsgrad der Stromerzeugung Abhängig von Anlagentype
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Verbesserung / Erweiterungspotentiale der Stromerzeugung Effizienzsteigerung bestehender Anlagen Nicht zu erwarten weil: Alle Peltonturbinen nahe 80 %: typischer Bereich für diesen Turbinentyp Alle PAT ebenso einen für diese Bauart typischen Wirkungsgrad Durchflüsse nicht auf Energie sondern Versorgungssicherheit optimiert
Erweiterungspotentiale (Umfrageergebnis) Durch Steigerung der aktuellen Stromproduktion und Durch neue Stromproduzenten
Hochrechnung insgesamt potentielle Stromproduktion: 162 Mio. kWh pro Jahr
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Zusammenfassung Energieeffizienz in der Wasserversorgung tromverbrauch Stromverbrauch Wasserversorgung 0,064 kWh pro Einwohner am Tag = 35 min Fernsehen oder 4 Minuten kochen auf E-Herd (1 Platte) 78 % Pumpen, 15 % Aufbereitung, 8 % sonstiger Verbrauch Gesamt: in 40 Tagen von einem Donaukraftwerk produziert
insparungspotential durch effizientere Pumpen 4 % durch Reduktion der Wasserverluste 0,6 %
= Jahresleistung einer Windkraftanlage
nergieerzeugung Hochgerechnete, derzeitige Stromerzeugung 127 GWh Anteil der „Eigenversorgung“ der Wasserversorgung 72 % 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien Erweiterungspotentiale auf maximal 91 % theoretisch möglich
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Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Trinkwasserkraftwerken Beispiel: WLV Nördliches Burgenland Untersuchung von drei Möglichkeiten zur Energiegewinnung statt Druckminderung (Schacht St. Margarethen und Schacht Schützen) 1) DST St. Margarethen (Verbindung GHB Zagersdorf – GHB Seewinkel) 2) DST St. Margarethen (von TL058 in Richtung TL005, Schützen) 3) Schacht Schützen (Transportleitung TL 101)
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Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Trinkwasserkraftwerken Durchflussszenarien (1) mit Hilfe des Netzmodells ermittelt :
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Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Trinkwasserkraftwerken Kosten & Erlöse (1) mittels Barwertmethode verglichen:
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Wirtschaftlichkeitsabschätzung - Zusammenfassung Margarethen (1)
Margarethen (2)
Schützen (3)
Bemessungsdurchfluss
48 l/s
25 l/s
64 l/s
Nettofallhöhe
23 m
50 m
60 m
0,044 €/kWh
0,039 €/kWh
0,022 €/kWh
26 Jahre
22 Jahre
10 Jahre
Bedingungen
Unsicherheit durch jahreszeitliche Schwankungen
nur eingeschränkter Betrieb möglich
nur bei geändertem Betrieb möglich
Empfehlung
nein
eher nein
offen
Energiegestehungskosten Amortisationszeit
Amortisationszeit stark vom Einspeisetarif abhängig
Versorgungssicherheit steht im Vordergrund 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien