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

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

10 w

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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


Beispiel ambitionierte Schätzung:Alle WVU über 11 % **): auf durchschnittlich 11 % reale Verluste


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)



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Durchflussszenarien (1) mit Hilfe des Netzmodells ermittelt :



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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

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