Zusammenfassung - Simon Frank - Umwelt
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Energetische Einsparpotenziale<br />
in Trinkwasserversorgungsanlagen<br />
am Beispiel der<br />
Wasserversorgungsanlage der<br />
Gemeinde Aschau im Chiemgau<br />
<strong>Simon</strong> <strong>Frank</strong>
Deepwater-Horizon<br />
• 2010<br />
Ölkatastrophe im Golf von Mexico<br />
[www.zeit.de]<br />
[www.abendzeitung-münchen.de]<br />
MCI Innsbruck - 9.7.2012<br />
<strong>Simon</strong> <strong>Frank</strong> – UVET 2009 bb<br />
2
Fukushima (Japan)<br />
• 2011<br />
Nuklearunfall nach Erdbeben<br />
[www.zeit.de]<br />
MCI Innsbruck - 9.7.2012<br />
<strong>Simon</strong> <strong>Frank</strong> – UVET 2009 bb<br />
[www.citypictures.org]<br />
3
Energiewende in aller Munde<br />
Welche Maßnahmen kann ICH in meinem<br />
Fachbereich ergreifen<br />
Welches Potenzial steckt in den Anlagen<br />
öffentlicher Träger<br />
Untersuchung der bestehenden<br />
Trinkwasserversorgungsanlage der Gemeinde<br />
Aschau im Chiemgau<br />
MCI Innsbruck - 9.7.2012<br />
<strong>Simon</strong> <strong>Frank</strong> – UVET 2009 bb<br />
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Berechnungsgrundlage<br />
Spielraum Pumpenergie<br />
A P =<br />
ρ ∗ g ∗ ΔH ∗ Q ∗ t<br />
η ∅p<br />
Ap … elektrische Pumparbeit<br />
ρ … Dichte Wasser bei 10°C<br />
g … Erdbeschleunigung 9,81 m/s²<br />
ΔH … Hydraulische Höhe gemäß Anlagenkennlinie<br />
Q … Förderstrom<br />
t … Zeit<br />
η … Pumpenwirkungsgrad<br />
MCI Innsbruck - 9.7.2012<br />
<strong>Simon</strong> <strong>Frank</strong> – UVET 2009 bb<br />
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Tatsächliche und Rechnerische<br />
Pumpenergie<br />
Differenz stellt Spielraum für Einsparungen dar:<br />
Station<br />
Tatsächliche<br />
Pumparbeit<br />
Theoretische<br />
Pumparbeit<br />
Differenz Anteil Verteilung<br />
[kWh/a] [kWh/a] [kWh/a] [% pot ] [% pot ]<br />
Tiefbrunnen 145.554 111.701 33.853 23 % 81 %<br />
Pumpwerk Kohlstatt 61.381 61.303 78 0 % 0 %<br />
Pumpwerk Hainbach 54.570 52.806 1.764 3 % 4 %<br />
Pumpwerk Mitterleiten 12.742 6.491 6.251 49 % 15 %<br />
Gesamt 274.247 232.301 41.946 15 % 100 %<br />
MCI Innsbruck - 9.7.2012<br />
<strong>Simon</strong> <strong>Frank</strong> – UVET 2009 bb<br />
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Überprüfung<br />
Pumpenbetriebspunkte<br />
Vergleich aktueller Betriebspunkte mit jeweiliger<br />
Bestpunktlage:<br />
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<strong>Simon</strong> <strong>Frank</strong> – UVET 2009 bb<br />
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Anteile Einsparpotenzial Pumpenergie:<br />
6.251 kWh/a<br />
15 %<br />
33.853 kWh/a<br />
81 %<br />
1.764 kWh/a<br />
4 %<br />
78 kWh/a<br />
0,2 %<br />
Br I&II PWKO PWHB PWMit<br />
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<strong>Simon</strong> <strong>Frank</strong> – UVET 2009 bb<br />
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Berechnungsgrundlage<br />
Potenzial Betriebspunkte<br />
A pot = ∆η ∗ A pumpreal<br />
a<br />
A pot<br />
A p_real<br />
Δη<br />
… Elektrisches Einsparpotenzial<br />
… Tatsächlicher Energieaufwand<br />
… Spielraum Pumpenwirkungsgrad<br />
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Ermitteltes Einsparpotenzial Betriebspunkte:<br />
Station<br />
Q akt<br />
Q opt<br />
η akt<br />
η opt<br />
Δ η<br />
A pump_tats<br />
A pot<br />
[l/s] [l/s] [%] [%] [%] [kWh/a] [kWh/a]<br />
Brunnen 1 25,0 26,7 76 % 77 % 1 % 72.777 728<br />
Brunnen 2 25,0 30,0 78 % 80 % 2 % 72.777 1.456<br />
Pumpe 1 Kohlstatt 6,0 10,5 64 % 76 % 12 % 20.460 2.455<br />
Pumpe 2 Kohlstatt 9,0 10,5 74 % 76 % 2 % 20.460 409<br />
Pumpe 3 Kohlstatt 9,0 10,5 74 % 76 % 2 % 20.460 409<br />
Pumpe 1 Hainbach 10,0 10,0 73 % 73 % 0 % 27.285 0<br />
Pumpe 2 Hainbach 10,0 10,0 73 % 73 % 0 % 27.285 0<br />
Pumpe 1 Mitterleiten 0,5 4,6 15 % 60 % 45 % 4.247 1.911<br />
Pumpe 2 Mitterleiten 0,5 8,0 12 % 65 % 53 % 4.247 2.251<br />
Pumpe 3 Mitterleiten 0,5 8,0 12 % 65 % 53 % 4.247 2.251<br />
Gesamt 4 % 274.245 11.870<br />
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Anteiliges Einsparpotenzial der Pumpen durch<br />
Betriebspunktanpassung:<br />
45 %<br />
53 % 53 %<br />
12 %<br />
1 % 2 %<br />
2 % 2 %<br />
0 % 0 %<br />
MCI Innsbruck - 9.7.2012<br />
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Anpassung Förderströme<br />
Absenkung der Förderströme nach dem<br />
durchschnittlichen Mindestbedarf im Niedertarif<br />
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Anpassung Förderströme<br />
A pot = ρ ∗ g ∗ H pot ∗ Q t_NT_min ∗ t a<br />
η ∅p<br />
A pot<br />
… Elektrisches Einsparpotenzial<br />
ρ … Dichte Wasser bei 10°C<br />
g … Erdbeschleunigung 9,81 m/s²<br />
H pot … Potenzielle Reduzierung der hydraulischen Förderhöhe<br />
Q t_NT_min … Angepasster Mindestförderstrom<br />
t a … Pumpenbetriebsstunden pro Jahr<br />
η ∅p … Pumpenwirkungsgrad gemittelt<br />
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Ermitteltes Einsparpotenzial durch Anpassung<br />
der Förderströme:<br />
Station<br />
A pump_tats A pot Anteil<br />
[kWh/a] [kWh/a] [%pot]<br />
Tiefbrunnen 145.554 -2.225 0 %<br />
Pumpwerk Kohlstatt 61.381 3.454 6 %<br />
Pumpwerk Hainbach 54.570 2.634 5 %<br />
Gesamt 261.505 6.088 2 %<br />
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Anteiliges Einsparpotenzial der Pumpen durch<br />
Förderstromreduzierung:<br />
5,63 %<br />
4,83 %<br />
0 %<br />
Br I & II PW KO PW HB<br />
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Energiebedarf durch<br />
Wasserverluste<br />
A p = Q VR ∗ A 3 mkumuliert<br />
A p<br />
A mkumuliert<br />
… Elektrische Pumparbeit pro Jahr und Zone<br />
3<br />
… Elektrische Pumparbeit je Kubikmeter Wasser und Zone<br />
Q VR … Reale Verlustmenge pro Jahr und Zone<br />
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Ermitteltes Einsparpotenzial –<br />
Rohrnetzverluste:<br />
Tatsächliche Pumparbeit Pumparbeit Wasserverluste Anteil Verteilung<br />
Versorgungszone<br />
[kWh/a] [kWh/a] [% pot ] [% pot ]<br />
Tiefzone Aschau 145.554 9.199 6 % 22 %<br />
Hochzone Aschau 61.381 7.905 13 % 19 %<br />
Tiefzone Sachrang 54.570 16.130 30 % 39 %<br />
Hochzone Sachrang 12.742 8.530 67 % 20 %<br />
Gesamt 274.247 41.764 15 % 100 %<br />
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<strong>Simon</strong> <strong>Frank</strong> – UVET 2009 bb<br />
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Anteiliges Einsparpotenzial durch Vermeidung<br />
von Rohrnetzverlusten:<br />
8.530 kWh/a<br />
20 %<br />
9.199 kWh/a<br />
22 %<br />
7.905 kWh/a<br />
19 %<br />
16.130 kWh/a<br />
39 %<br />
Tiefzone Aschau Hochzone Aschau Tiefzone Sachrang Hochzone Sachrang<br />
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<strong>Simon</strong> <strong>Frank</strong> – UVET 2009 bb<br />
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Umkehr Versorgungsrichtung<br />
unter Einsatz von Trinkwasserturbinen<br />
Quellfassungen<br />
Spitzstein<br />
Quellsammler<br />
Spitzstein<br />
TT1<br />
Hochbehälter<br />
Mitterleiten<br />
Tiefzone<br />
Sachrang<br />
Hochzone<br />
Aschau (a)<br />
Hochbehälter<br />
Schlechtenberg<br />
Hochzone<br />
Aschau (b)<br />
TT2<br />
Hochbehälter<br />
TT3 Kohlstatt<br />
Tiefzone<br />
Aschau<br />
MCI Innsbruck - 9.7.2012<br />
<strong>Simon</strong> <strong>Frank</strong> – UVET 2009 bb<br />
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Stromerzeugung durch<br />
Einsatz von Trinkwasserturbinen<br />
A T = ρ ∗ g ∗ ΔH ∗ Q ∗ t ∗ η ∅T<br />
A T<br />
… Stromerzeugung Turbine<br />
ρ … Dichte Wasser bei 10°C<br />
g … Erdbeschleunigung 9,81 m/s²<br />
ΔH … Geodätische Fallhöhe (Reibung vernachlässigt)<br />
Q … Förderstrom<br />
t … Zeit<br />
η ∅T … Turbinenwirkungsgrad (Annahme: 65 %)<br />
MCI Innsbruck - 9.7.2012<br />
<strong>Simon</strong> <strong>Frank</strong> – UVET 2009 bb<br />
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Überschlägiges Energiepotenzial<br />
durch Einsatz von Trinkwasserturbinen<br />
Turbinierung:<br />
ΔH Q ρ g η turb_ges t P Turb A Turb<br />
[m] [l/s] [m³/h] [kg/m³] [m/s²] [-] [h/a] [kW] [kWh/a]<br />
TT 1 60 21,94 78,98 999,7 9,81 0,65 8.424 8,39 70.677<br />
TT 2 146 19,19 69,08 999,7 9,81 0,65 8.424 17,86 150.453<br />
TT 3 57 13,48 48,53 999,7 9,81 0,65 8.424 4,90 41.278<br />
Gesamt 262.408<br />
+ Wegfall Pumpenergie:<br />
ca. 274.250 kWh/a<br />
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Anteilige Einsparpotenziale - Gesamtergebnis<br />
11.870 kWh/a<br />
14,2 %<br />
6.088 kWh/a<br />
7,3 %<br />
41.764 kWh/a<br />
49,9 %<br />
23.988 kWh/a<br />
28,7 %<br />
Optimierung Pumpenwirkungsgrad Förderstromanpassung Sonstige Wasserverluste<br />
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<strong>Simon</strong> <strong>Frank</strong> – UVET 2009 bb<br />
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<strong>Zusammenfassung</strong><br />
Berechneter Optimierungsbereich 15 %<br />
η-Optimierung Q-Minimierung<br />
4 %<br />
2 %<br />
Wasserverluste 15 %<br />
Sonstige<br />
9 %<br />
Gesamt exklusive Sonstige 21 %<br />
Gesamt inklusive Sonstige 30 %<br />
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<strong>Simon</strong> <strong>Frank</strong> – UVET 2009 bb<br />
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Einsparpotenzial Anlage<br />
Annahme: 20 % Einsparpotenzial<br />
≈ 55.000 kWh/a ≈ 55 MWh/a<br />
596 g CO 2 pro kWh-Erzeugung [BMWI(Deutschland)<br />
≈ 33 to CO 2 /a<br />
2008]<br />
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Gesamtpotenzial Deutschland<br />
Bedarf deutscher Wasserversorgungsunternehmen<br />
ca. 2.400 Mio. kWh/a [Plath und Wichmann, 2009/2 für 2007]<br />
Annahme: 20 % Einsparpotenzial<br />
≈ 480 Mio. kWh/a ≈ 480 GWh/a<br />
596 g CO 2 pro kWh-Erzeugung [BMWI(Deutschland) 2008]<br />
≈ 286.000 to CO 2 /a<br />
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<strong>Simon</strong> <strong>Frank</strong> – UVET 2009 bb<br />
26
Vielen Dank für Ihr<br />
Interesse<br />
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27
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