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

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 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

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) 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 = 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) 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 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

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) Hochgerechneter Stromverbrauch für die zentrale Trinkwasserversorgung im Jahr 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

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 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

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 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

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 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

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 % 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

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

Stromproduktion durch Trinkwasserkraftwerke (TWKW) Stichprobe   30 WVU produzierten im Jahr 2010 gemeinsam 120 Mio. kWh Hochrechnung gesamte Stromerzeugung durch Trinkwasserkraftwerke 127 Mio. kWh 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

Wirkungsgrad der Stromerzeugung Abhängig von  Anlagentype 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

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 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

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 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

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)   14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Trinkwasserkraftwerken Durchflussszenarien (1) mit Hilfe des Netzmodells ermittelt :   14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Trinkwasserkraftwerken Kosten & Erlöse (1) mittels Barwertmethode verglichen:   14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

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 14.11.2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien