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Energieeffizienz
in der
Wasserversorgung
DI Dr. Roman NEUNTEUFEL
14.11.2013, Infotag WASSER 2013, Burgenland
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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
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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?
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Physikalische Grundlagen (Energieerzeugung / Energieverbrauch)
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)
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]
Gespeicherte Energie = Epot = Masse x g x h
1000 kg x g x h = 981 kWs = 0,2725 kWh
100 m
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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)
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Datengrundlage der Studie zur Energieeffizienz
DW-Daten, Fragebogen, E-Mail und Telefonkontakte
Plausibilitätsprüfung
1000
260
19
900
800
700
634
nein / unwahrscheinlich
ok
240
WVU nicht kontakierbar
keine Daten erhalten
Daten vorhanden
200
600
500
400
77
300
200
356
100
279
0
eigene Stromerzeugung
Stromverbrauchsdaten
220
Datenverfügbarkeit (Datensätze)
Anzahl der WVU bzw. plausible Datensätze
1100
nur Wassermengen und
Einwohnerdaten
180
160
140
120
232
100
80
60
40
20
39
30
0
WVU > 1000 EW
Plausibilität der vorhandenen
Daten
nur Wassermengen Stromverbrauchsdaten
und Einwohnerdaten
eigene
Stromerzeugung
Datensätze repräsentieren rund 68 % der
zentral versorgten Bevölkerung
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Gesamter Stromverbrauch in der Wasserversorgung
2010 wurden 64,3 TWh Strom verbraucht und es wurden 62 TWh Strom produziert
(Quelle: E-Control Austria)
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Hochgerechneter Stromverbrauch für die
zentrale Trinkwasserversorgung im Jahr
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Energieverbrauch
spezifischer Stromverbrauch gesamt
Im Durchschnitt:
0,33 kWh/m³
Ö ges.
Brunnen
gemischt
Quellen
n=
1.80
Maximalwert:
2,09
Systemeinspeisung 195 l/Ed
Stromverbrauch:
0,064 kWh
pro versorgtem
Einwohner am Tag
oder
1.60
kWh / m³ Systemeinspeisung
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+ Mittelwert aller Einzelwerte
● mengengewichteter Mittelwert
1.40
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
23 kWh
0.20
pro versorgtem
Einwohner im Jahr
0.00
0.56
0.44
0.38
0.33
0.62
0.51
0.43
0.37 0.38
0.24
0.12 0.13
n = 232
n = 97
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n = 56
n = 77
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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
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Wirkungsgrad von Wasserpumpen / Pumpwerken
Wirkungsgrad von Pumpwerken
80 % nur unter optimalen
Bedingungen erreichbar
Ö ges.
Brunnen
gemischt
Quellen
n=
100%
Durch wechselnde
Bedingungen (Druck, Menge)
zumeist nur 50 % möglich
90%
80 % ist der maximal erreichbare Grenzwert bei
Berücksichtigung aller Verluste
80%
70%
Leitfaden zur Optimierung der Energienutzung
%
60%
50%
40%
0.54
0.52
0.43
0.43
0.43
0.42
0.44
0.47
0.37
0.44
0.40
30%
20%
+ Mittelwert aller Einzelwerte
● mengengewichteter Mittelwert
10%
0%
n = 81
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n = 39
n = 22
n = 20
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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 %
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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
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Stromproduktion durch Trinkwasserkraftwerke (TWKW)
Stichprobe
30 WVU produzierten im Jahr 2010 gemeinsam 120 Mio. kWh
Hochrechnung
gesamte Stromerzeugung durch Trinkwasserkraftwerke
127 Mio. kWh
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Wirkungsgrad der Stromerzeugung
Abhängig von
Anlagentype
Wirkungsgrad nach Turbinentypen
Gegendruckpelton (GDPT)
83%
Peltonturbine
79%
Peltonturbine
89%
Peltonturbine
76%
Peltonturbine
78%
Peltonturbine
81%
Durchschnitt Pelton und GDPT
81%
PAT
67%
PAT
58%
PAT
63%
Durchschnitt PAT
63%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
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70%
80%
90%
100%
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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
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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 %
durch Reduktion der Wasserverluste 0,6 %
= Jahresleistung einer
Windkraftanlage
Energieerzeugung
Hochgerechnete, derzeitige Stromerzeugung 127 GWh
Anteil der „Eigenversorgung“ der Wasserversorgung 72 %
Erweiterungspotentiale auf maximal 91 % theoretisch möglich
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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)
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Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Trinkwasserkraftwerken
Durchflussszenarien (1) mit Hilfe des Netzmodells ermittelt :
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Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Trinkwasserkraftwerken
Kosten & Erlöse (1) mittels Barwertmethode verglichen:
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Wirtschaftlichkeitsabschätzung - Zusammenfassung
Margarethen (1)
Margarethen (2)
Schützen (3)
Bemessungsdurchfluss
48 l/s
25 l/s
64 l/s
Nettofallhöhe
23 m
50 m
60 m
0,044 €/kWh
0,039 €/kWh
0,022 €/kWh
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
Energiegestehungskosten
Amortisationszeit
Amortisationszeit stark vom Einspeisetarif abhängig
Versorgungssicherheit steht im Vordergrund
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