Energieeffizienz in der Wasserversorgung DI Dr. Roman NEUNTEUFEL

Präsentation zum Thema: "Energieeffizienz in der Wasserversorgung DI Dr. Roman NEUNTEUFEL"—  Präsentation transkript:

1 Energieeffizienz in der Wasserversorgung DI Dr. Roman NEUNTEUFEL
, Infotag WASSER 2013, Burgenland

2 Inhalt Energieeffizienz in der Wasserversorgung (ÖVGW Studie, 2012)
Ziel der Studie Physikalische Grundlagen Datengrundlage der Studie Energieverbrauch Sparpotential Energieerzeugung durch WVU Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Energiegewinnung (Trinkwasserkraftwerk) Beispiel: WLV Nördliches Burgenland Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

3 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? Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

4 Physikalische Grundlagen (Energieerzeugung / Energieverbrauch)
100 m 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 = 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) 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] Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

5 Datengrundlage der Studie zur Energieeffizienz
DW-Daten, Fragebogen, und Telefonkontakte Plausibilitätsprüfung Datensätze repräsentieren rund 68 % der zentral versorgten Bevölkerung Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

6 Gesamter Stromverbrauch in der Wasserversorgung
2010 wurden 64,3 TWh Strom verbraucht und es wurden 62 TWh Strom produziert (Quelle: E-Control Austria) Hochgerechneter Stromverbrauch für die zentrale Trinkwasserversorgung im Jahr Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

7 Energieverbrauch Im Durchschnitt: 0,33 kWh/m³ 0,064 kWh 23 kWh
Systemeinspeisung 195 l/Ed Stromverbrauch: 0,064 kWh  pro versorgtem Einwohner am Tag oder 23 kWh pro versorgtem Einwohner im Jahr Maximalwert: 2,09 + Mittelwert aller Einzelwerte ● mengengewichteter Mittelwert Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

8 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 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

9 Wirkungsgrad von Wasserpumpen / Pumpwerken
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 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

10 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 % Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

11 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 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

12 Stromproduktion durch Trinkwasserkraftwerke (TWKW)
Stichprobe   30 WVU produzierten im Jahr 2010 gemeinsam 120 Mio. kWh Hochrechnung gesamte Stromerzeugung durch Trinkwasserkraftwerke 127 Mio. kWh Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

13 Wirkungsgrad der Stromerzeugung
Abhängig von  Anlagentype Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

14 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 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

15 Zusammenfassung Energieeffizienz in der Wasserversorgung
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 Verbrauch Gesamt: in 40 Tagen von einem Donaukraftwerk produziert Einsparungspotential durch effizientere Pumpen 4 % = Jahresleistung einer durch Reduktion der Wasserverluste 0,6 % Windkraftanlage Energieerzeugung Hochgerechnete, derzeitige Stromerzeugung 127 GWh Anteil der „Eigenversorgung“ der Wasserversorgung 72 % Erweiterungspotentiale auf maximal 91 % theoretisch möglich Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

16 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) Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

17 Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Trinkwasserkraftwerken
Durchflussszenarien (1) mit Hilfe des Netzmodells ermittelt : Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

18 Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Trinkwasserkraftwerken
Kosten & Erlöse (1) mittels Barwertmethode verglichen: Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

19 Wirtschaftlichkeitsabschätzung - Zusammenfassung
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 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien