Date post: | 05-Apr-2015 |
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Energieeffizienzin derWasserversorgung
DI Dr. Roman NEUNTEUFEL
14.11.2013, Infotag WASSER 2013, Burgenland
Inhalt
14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien
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Energieeffizienz in der Wasserversorgung (ÖVGW Studie, 2012)
Ziel der StudiePhysikalische GrundlagenDatengrundlage der StudieEnergieverbrauchSparpotentialEnergieerzeugung durch WVU
Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Energiegewinnung (Trinkwasserkraftwerk)
Beispiel: WLV Nördliches Burgenland
Fragestellungen der Studie Energieeffizienz
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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?
Physikalische Grundlagen (Energieerzeugung / Energieverbrauch)
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Leistung (P) x Zeit (t) = Energiemenge (E)
1 Kilowatt x 1 Stunde = 1 Kilowattstunde
Elektrische Leistung = Pel = U x I
Elektromotor 230 Volt x 10 Ampere =2300 Watt oder 2,3 Kilowatt (kW)
Gespeicherte Energie = Epot = Masse x g x h
1000 kg x g x h = 981 kWs = 0,2725 kWh
Hydraulische Leistung = Phy = Q x ρ x h x g
Pumpe / Turbine:1 m³/s x 1000 x 100 m x 9,81 981 kW (ohne Energieverluste)
100
m
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]
Datengrundlage der Studie zur Energieeffizienz
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DW-Daten, Fragebogen, E-Mail und Telefonkontakte Plausibilitätsprüfung
Datensätze repräsentieren rund 68 % der zentral versorgten Bevölkerung
Gesamter Stromverbrauch in der Wasserversorgung
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Hochgerechneter Stromverbrauch für die zentrale Trinkwasserversorgung im Jahr20
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Energieverbrauch
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Im Durchschnitt:0,33 kWh/m³
Systemeinspeisung 195 l/Ed Stromverbrauch:
0,064 kWh pro versorgtem
Einwohner am Tag
oder
23 kWhpro versorgtem
Einwohner im Jahr
Maximalwert: 2,09
+ Mittelwert aller Einzelwerte● mengengewichteter Mittelwert
Energieverbrauch pro m³ und pro 100 m
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Normierung anhand der tatsächlichen Pumphöhe0,2725 kWh / m³ / 100 m ist der physikalisch mögliche GrenzwertDient zur Beurteilung des Wirkungsgrades
Österreichischer Durchschnitt:0,6 - 0,7 kWh/m³/100m
Bandbreite:0,35 bis 1,7 kWh/m³/100m
Wirkungsgrad von Wasserpumpen / Pumpwerken
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80 % nur unter optimalen Bedingungen erreichbar
Durch wechselnde Bedingungen (Druck, Menge) zumeist nur 50 % möglich
Leitfaden zur Optimierung der Energienutzung
80 % ist der maximal erreichbare Grenzwert bei Berücksichtigung aller Verluste
+ Mittelwert aller Einzelwerte● mengengewichteter Mittelwert
EINSPARUNGSPOTENTIAL 1. Pumpeneffizienz
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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 %
EINSPARUNGSPOTENTIAL 2. Wasserverlustmanagement
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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 Wasserverlustmanagementrealistisch 0,6 %
maximal 2 %*) obere Quartile; **) Median der Wasserverluste in der Studie
Stromproduktion durch Trinkwasserkraftwerke (TWKW)
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Stichprobe 30 WVU produzierten im Jahr 2010 gemeinsam 120 Mio. kWh
Hochrechnunggesamte Stromerzeugung durch Trinkwasserkraftwerke
127 Mio. kWh
Wirkungsgrad der Stromerzeugung
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Abhängig von Anlagentype
Verbesserung / Erweiterungspotentiale der Stromerzeugung
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Effizienzsteigerung bestehender AnlagenNicht 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
Zusammenfassung Energieeffizienz in der Wasserversorgung
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Stromverbrauch
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 VerbrauchGesamt: in 40 Tagen von einem Donaukraftwerk produziert
Einsparungspotential
durch effizientere Pumpen 4 % = Jahresleistung einerdurch Reduktion der Wasserverluste 0,6 % Windkraftanlage
Energieerzeugung
Hochgerechnete, derzeitige Stromerzeugung 127 GWhAnteil der „Eigenversorgung“ der Wasserversorgung 72 %Erweiterungspotentiale auf maximal 91 % theoretisch möglich
Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Trinkwasserkraftwerken
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Beispiel: WLV Nördliches BurgenlandUntersuchung 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)
Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Trinkwasserkraftwerken
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Durchflussszenarien (1) mit Hilfe des Netzmodells ermittelt :
Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Trinkwasserkraftwerken
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Kosten & Erlöse (1) mittels Barwertmethode verglichen:
Wirtschaftlichkeitsabschätzung - Zusammenfassung
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Margarethen (1) Margarethen (2) Schützen (3)
Bemessungsdurch-fluss 48 l/s 25 l/s 64 l/s
Nettofallhöhe 23 m 50 m 60 m
Energiegestehungs- kosten 0,044 €/kWh 0,039 €/kWh 0,022 €/kWh
Amortisationszeit 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
Amortisationszeit stark vom Einspeisetarif abhängig
Versorgungssicherheit steht im Vordergrund