Energieeffizienz in der Wasserversorgung DI Dr Roman NEUNTEUFEL

Energieeffizienz in der Wasserversorgung DI Dr. Roman NEUNTEUFEL 14. 11. 2013, 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 14. 11. 2013 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? 14. 11. 2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

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 (k. W) 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 h = 981 k. Ws = 0, 2725 k. Wh 100 m 4 Hydraulische Leistung = Phy = Q x ρ x h x g Pumpe / Turbine: 1 m³/s x 1000 x 100 m x 9, 81 981 k. W (ohne Energieverluste) 14. 11. 2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

5 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) 6 Hochgerechneter Stromverbrauch für die zentrale Trinkwasserversorgung im Jahr 14. 11. 2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

Energieverbrauch spezifischer Stromverbrauch gesamt Im Durchschnitt: 0, 33 k. Wh/m³ Systemeinspeisung 195 l/Ed Stromverbrauch: 0, 064 k. Wh pro versorgtem Einwohner am Tag 1. 80 Ö ges. gemischt Quellen n= + Mittelwert aller Einzelwerte ● mengengewichteter Mittelwert 1. 40 1. 20 1. 00 0. 80 0. 60 oder Brunnen Maximalwert: 2, 09 1. 60 k. Wh / m³ Systemeinspeisung 7 0. 40 23 k. Wh 0. 20 pro versorgtem Einwohner im Jahr 0. 00 0. 56 0. 38 0. 44 0. 33 0. 62 0. 51 0. 43 0. 37 0. 38 0. 24 0. 12 0. 13 n = 232 n = 97 14. 11. 2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien n = 56 n = 77

8 Energieverbrauch pro m³ und pro 100 m Normierung anhand der tatsächlichen Pumphöhe 0, 2725 k. Wh / m³ / 100 m ist der physikalisch mögliche Grenzwert Dient zur Beurteilung des Wirkungsgrades Österreichischer Durchschnitt: 0, 6 - 0, 7 k. Wh/m³/100 m Bandbreite: 0, 35 bis 1, 7 k. Wh/m³/100 m 14. 11. 2013 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 80 % ist der maximal erreichbare Grenzwert bei Berücksichtigung aller Verluste Leitfaden zur Optimierung der Energienutzung + Mittelwert aller Einzelwerte ● mengengewichteter Mittelwert 14. 11. 2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

10 EINSPARUNGSPOTENTIAL 1. Pumpeneffizienz Beispiel realistische Schätzung: Alle WVU unter 40 %: auf durchschnittlich 40 % Wirkungsgrad à rund 1 k. Wh pro versorgten Einwohner im Jahr Beispiel ambitionierte Schätzung: Alle WVU unter 50 %: auf durchschnittlich 50 % Wirkungsgrad à rund 2, 7 k. Wh pro versorgten Einwohner im Jahr Einsparungen durch Steigerung der Pumpeneffizienz realistisch 4 % maximal 12 % 14. 11. 2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

11 EINSPARUNGSPOTENTIAL 2. Wasserverlustmanagement Beispiel realistische Schätzung: Alle WVU über 19 % *): auf durchschnittlich 19 % reale Verluste à rund 0, 14 k. Wh pro versorgten Einwohner im Jahr Beispiel ambitionierte Schätzung: Alle WVU über 11 % **): auf durchschnittlich 11 % reale Verluste à rund 0, 43 k. Wh 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

12 Stromproduktion durch Trinkwasserkraftwerke (TWKW) Stichprobe 30 WVU produzierten im Jahr 2010 gemeinsam 120 Mio. k. Wh Hochrechnung gesamte Stromerzeugung durch Trinkwasserkraftwerke 127 Mio. k. Wh 14. 11. 2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

13 Wirkungsgrad der Stromerzeugung Abhängig von Anlagentype Wirkungsgrad nach Turbinentypen 83% Gegendruckpelton (GDPT) 79% Peltonturbine 89% 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% 14. 11. 2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien 70% 80% 90% 100%

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. k. Wh pro Jahr 14. 11. 2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

15 Zusammenfassung Energieeffizienz in der Wasserversorgung Stromverbrauch Wasserversorgung 0, 064 k. Wh 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 14. 11. 2013 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 TL 058 in Richtung TL 005, Schützen) 3) Schacht Schützen (Transportleitung TL 101) 14. 11. 2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

17 Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Trinkwasserkraftwerken Durchflussszenarien (1) mit Hilfe des Netzmodells ermittelt : 14. 11. 2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

18 Wirtschaftlichkeitsabschätzung von Trinkwasserkraftwerken Kosten & Erlöse (1) mittels Barwertmethode verglichen: 14. 11. 2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien

19 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 €/k. Wh 0, 039 €/k. Wh 0, 022 €/k. Wh 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 stark vom Einspeisetarif abhängig Versorgungssicherheit steht im Vordergrund 14. 11. 2013 Energieeffizienz in der Wasserversorgung – NEUNTEUFEL - BOKU Wien