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Energieeffizienz in der Wasserversorgung DI Dr. Roman NEUNTEUFEL 14.11.2013, Infotag WASSER 2013, Burgenland.

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

2 Inhalt Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien 2 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

3 Fragestellungen der Studie Energieeffizienz Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien 3 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?

4 Physikalische Grundlagen (Energieerzeugung / Energieverbrauch) Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien 4 Leistung (P) x Zeit (t) = Energiemenge (E) 1 Kilowatt x 1 Stunde = 1 Kilowattstunde Elektrische Leistung = P el = U x I Elektromotor 230 Volt x 10 Ampere = 2300 Watt oder 2,3 Kilowatt (kW) Gespeicherte Energie = E pot = Masse x g x h 1000 kg x g x h = 981 kWs = 0,2725 kWh Hydraulische Leistung = P hy = Q x ρ x h x g Pumpe / Turbine: 1 m³/s x 1000 x 100 m x 9, 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]

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

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

7 Energieverbrauch Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien 7 Im Durchschnitt: 0,33 kWh/m³ 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

8 Energieverbrauch pro m³ und pro 100 m Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien 8 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

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

10 EINSPARUNGSPOTENTIAL 1. Pumpeneffizienz Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien 10 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 %

11 EINSPARUNGSPOTENTIAL 2. Wasserverlustmanagement Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien 11 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

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

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

14 Verbesserung / Erweiterungspotentiale der Stromerzeugung Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien 14 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

15 Zusammenfassung Energieeffizienz in der Wasserversorgung Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien 15 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

16 Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Trinkwasserkraftwerken Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien 16 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)

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

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

19 Wirtschaftlichkeitsabschätzung - Zusammenfassung Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien 19 Margarethen (1)Margarethen (2)Schützen (3) Bemessungsdurch- fluss 48 l/s25 l/s64 l/s Nettofallhöhe 23 m50 m60 m Energiegestehungs- kosten 0,044 /kWh0,039 /kWh0,022 /kWh Amortisationszeit 26 Jahre22 Jahre10 Jahre Bedingungen Unsicherheit durch jahreszeitliche Schwankungen nur eingeschränkter Betrieb möglich nur bei geändertem Betrieb möglich Empfehlung neineher neinoffen Amortisationszeit stark vom Einspeisetarif abhängig Versorgungssicherheit steht im Vordergrund


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