Agenda / Gliederung Präsentation

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1 Agenda / Gliederung Präsentation 1. zur Person 2. Einführung 3. Baseline 4. Änderung von Variablen 5. Methodik Einsparnachweis, Rolle der Unsicherheit, M&V-Kosten 6. Internationale Standards 7. übliche Praxis in Deutschland 8. Weiterentwicklung mit Empfehlungen für Praxis Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 1 1. Zur Person Dipl.-Ing. Maschinenbau Tätig als Entwicklungs-Ing., Bauleiter, Kommunal-und Landespolitiker, Projektmanager, Berater U.a. Berliner Energieagentur GmbH, Clinton Climate Initiative der W. J. Clinton Foundation, Johnson Controls Seit ca. 15 Jahren Energiedienstleistungen als beruflicher Schwerpunkt (In-und Auslandsprojekte) Eigenes Beratungsunternehmen seit 2009, zertifiziert/zugelassen u.a. als Experte für Messung, Verifizierung von Einsparungen (CMVP) nach dem Internationalen Protokoll für Messung & Verifizierung von Garantieeinsparungen (IPMVP) vom BAfA für Beratungsleistungen im Rahmen von Orientierungs- und Umsetzungsberatungen im Sinne der Förderrichtlinie Förderung von Beratungen zum Energiespar-Contracting Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 2 1

2 2. Einführung Messung und Verifizierung (M&V) ist das Verfahren, bei dem mittels Messungen teilweise kombiniert mit Schätzungen und Berechnungen -die im Rahmen eines Energiemanagementprogramms bzw. Contractingstatsächlich erzielten Einsparungen zuverlässig bestimmt werden Einsparungen können nicht direkt gemessen werden, da sie das Ausbleiben von Energieverbrauch darstellen. Stattdessen wird der Energieverbrauch vor und nach der Durchführung eines Energieeinsparprojekts gemessen. Die Energieeinsparung ergibt sich aus der errechneten Differenz, wobei mögliche veränderte Bedingungen durch Anpassungen berücksichtigt werden Die Auswirkung eines Einsparprogramms muss von der Auswirkung anderer gleichzeitig stattfindender Veränderungen, die einen Einfluss auf die Energie nutzenden Systeme haben, getrennt werden Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 3 Anpassungen Verifizierung von Einsparungen erfordert den Vergleich von Äpfeln mit Äpfeln : Referenz(Baseline)-Jahr Abrechnungsjahr Anpassungauf gemeinsamebedingungenfürstichhaltigenvergleichder Energieverbräuche des Referenzjahres mit denen des Abrechnungsjahres Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 4 2

3 Der Vergleich des Energieverbrauchs bzw. -bedarfs vor und nach der Durchführung einer Maßnahme sollte einheitlich anhand folgender allgemeiner Gleichung (1) erfolgen: Einsparungen = (Verbrauch oder Bedarf im Referenzzeitraum -Verbrauch oder Bedarf im Berichtszeitraum ) ± Anpassungen (1) Mit Hilfe des Terms "Anpassungen" soll in dieser allgemeinen Gleichung der Energieverbrauch oder -bedarf des Referenz- und Berichtszeitraums auf gemeinsame Bedingungen umformuliert werden Anpassungen sollten auf Grundlage von identifizierbaren technischen Gegebenheiten in Bezug auf die für den Energieverbrauch relevanten Merkmale der Ausrüstung innerhalb der Systemgrenze berechnet werden Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 5 Systemgrenze Einsparungen können je nach Zweck des Einsparberichts für eine Gesamtanlage oder nur einen Teil davon ermittelt werden: Wenn nur die vom Einsparprogramm betroffene Ausrüstung bewertet werden soll, sollte die Systemgrenze um diese Ausrüstung herum gezogen werden Dient der Bericht der Kontrolle der energetischen Leistung der Gesamtanlage, können die Hauptzähler für die Energieversorgung der gesamten Anlage zur Bewertung der Leistung und Einsparungen verwendet werden. In diesem Fall umfasst die Systemgrenze die gesamte Anlage Alle außerhalb der angenommenen Systemgrenze auftretenden Auswirkungen einer Energieeinsparmaßnahme werden als 'Wechselwirkungen' bezeichnet. Um die Einsparungen bestimmen zu können, muss eine Möglichkeit gefunden werden, das Ausmaß dieser Wechselwirkungen abzuschätzen Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 6 3

4 Systemgrenzen für die Bewertung von Einsparprogrammen Elektr. Antriebe Systemgrenze bei Betrachtung Gesamtanlage Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 7 Messungs- und Verifizierungsschritte (M&V-Aktivitäten) M&V-Aktivitäten umfassen eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen (entsprechend den in der DIN EN Energieeffizienz-Dienstleistungen Definitionen und Anforderungen für die Verifizierung der Energieeffizienz- Verbesserungen festgelegten Schritten): Festlegung des Bezugsniveaus mit den zugehörigen Ausgleichsfaktoren Datensammlung und Datenscreening Entwicklung und Umsetzung eines Mess-und Verifizierungsplans zur Bewertung der tatsächlichen Verbesserung der Energieeffizienz inkl. Entwicklung von Berechnungsverfahren und akzeptablen Schätzungen Kalibrieren und Instandhaltung von Zählerinstallationen Berechnungen mit gemessenen Daten Bericht, Qualitätssicherung und Prüfung der Berichte durch Dritte Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 8 4

5 3. Baseline Die Ausgangsbasis für ein in einer bestehenden Anlage durchgeführtes Projekt ist gewöhnlich die Leistung der Anlage oder des Systems vor der Veränderung Die Baseline ist dabei der Energieverbrauch im Referenzzeitraum (in der Regel das letzte abgeschlossenen Kalenderjahr vor Beginn des Vorhabens) im Zusammenhang mit den für den Gebäudeeigentümer/Auftraggeber für einen bestimmten Stichtag geltenden Energielieferpreisen Der Referenzzeitraum sollte alle Betriebszustände der Anlage repräsentieren und sich über einen vollen Betriebszyklus -vom maximalen bis zum minimalen Energieverbrauch - erstrecken üblicherweise erfolgen bei der Ermittlung der Baseline die Bereinigung der Energierechnungen des Abrechnungszeitraums auf das Referenzjahr sowie eine Klimabereinigung für den Wärme-bzw. Kälteverbrauch Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 9 Übersicht Ermittlung Baseline Abrechnungsperiode X Energie- und Wasserrechnungen I. Bereinigung für Baseline-Jahr II. Baseline-Jahr Brennstoff- und Wärmeverbrauch Stromverbrauch Wasser- Verbrauch Anschlussleistung Anschlussleistung kwh Wärmeverbrauch kwh Stromverbrauch m³ Wasserverbaruch BASELINE III. Referenzpreise Baseline-Jahr IV Energy Consulting 10 5

6 4. Änderung von Variablen Es sind zwei Arten von Anpassungen möglich: Routinemäßige Anpassungen für alle Einflussfaktoren, die für den Energieverbrauch relevant sind und die sich während des Berichtszeitraums voraussichtlich ändern werden, wie Wetter oder Produktionsvolumen Z.B. als Klimabereinigung (siehe folgende Folie, Folien Baseline, Praxis in Deutschland) Nicht routinemäßige Anpassungen für Einflussfaktoren, die für den Energieverbrauch relevant sind und sich normalerweise nicht ändern, z.b.: Anlagengröße, Auslegung und Betrieb der installierten Ausrüstung, Zahl der wöchentlichen Produktionsschichten oder Art der Nutzer (auch statische Faktoren genannt) Z.B. Nutzungsbereinigung (siehe folgende Folie, Folien Praxis in Deutschland) Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 11 Bsp. für routinemäßige Anpassung: Klimabereinigung von Energiebezügen Klimaabhängige Verbräuche können nach folgender Formel klimabereinigt werden: GtRef: Referenz-Gradtagzahl GtAJ: GradtagszahlAbrechnungsjahr, Wärmebedarf zu Heizzwecken wird hier überschlägig zu 90% des Gesamtwärmebedarfs angesetzt Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 12 6

7 Beispiel für nicht routinemäßige Anpassung: Energieeinsparmaßnahme Leuchtenaustausch-Effizienzverbesserung bei einer großen Anzahl von Beleuchtungskörpern nach der Durchführung der Energieeinsparmaßnahme wurden durch den Gebäudeeigentümer weitere Beleuchtungskörper installiert nicht routinemäßige Anpassung erforderlich:der geschätzte Energieverbrauch der zusätzlichen Leuchten wird zum Referenzenergieverbrauch dazugerechnet, um die durch die Energieeinsparmaßnahme tatsächlich erzielten Einsparungen trotzdem ermitteln zu können Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen Methodik Einsparnachweis, Rolle der Unsicherheit, M&V-Kosten Für den Nachweis von Energieeinsparungen bestehen drei grundsätzliche Methoden zur Differenzbildung: a. aus gemessenen Werten b. Messung von einzelnen Leistungsparametern kombiniert mit Rechengrößen/Schätzungen c. Rechnerische Nachweise durch anerkannte Rechenverfahren Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 14 7

8 Die Messung physikalischer Größen ist immer mit Fehlern verbunden, denn kein Messgerät ist zu 100% genau Bei der Ermittlung von Einsparungen verhindern Fehler (bei Messungen, Schätzungen, Modellbildung) die exakte Bestimmung von Einsparungen Um sicherzugehen, dass der resultierende Fehler (die Unsicherheit) für die Anwender eines Einsparberichts akzeptabel ist, müssen die bei Messungen und Analysen auftretenden Fehler bei der Entwicklung und Umsetzung eines M&V- Plans behandelt werden Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 15 Bei der Einsparungsbestimmung sollten zur besseren Handhabung von Genauigkeit bzw. Unsicherheit folgende Einflussfaktoren sorgfältig geprüft werden: Messgeräteausrüstung Messgerätefehler sind auf Kalibrierung, ungenaue Einmessung oder unsachgemäße Zählerinstallations-oder Einsatzmethode zurückzuführen Modellierung -Modellierfehler entstehen durch ungeeignete Funktionsformen, Einbeziehung irrelevanter Variabler oder das Weglassen relevanter Variabler Probennahme Stichprobe repräsentiert nicht die Grundgesamtheit der zu bestimmenden Einheiten Wechselwirkungen(außerhalb der Systemgrenze), die nicht zur Gänze im Verfahren zur Einsparungsberechnung berücksichtigt werden Schätzung von Parametern anstatt Messung Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 16 8

9 Bsp. Stichprobennahme einfachste Art der Stichprobennahmeist die zufällige Auswahl von neinheiten aus einer Grundgesamtheit von N Einheiten der Standardfehler ist umgekehrt proportional zu n (wird der Probenumfang um einen Faktor "f" vergrößert, so reduziert das den Standardfehler (bzw. verbessert die Genauigkeit des Schätzwerts) um einen Faktor von f Bestimmung Stichprobenumfang: 1. Auswahl homogener Grundgesamtheit 2. Wahl von gewünschter Genauigkeit und Konfidenzniveau (konventionelle Ansatz für die Planung einer Stichprobennahmeist Erreichung eines Konfidenzniveaus von 90%und einer Genauigkeit von ±10%) 3. Auswahl der Disagregationsebene Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 17 Bsp. Stichprobennahme Bestimmung Stichprobenumfang: 4. Berechnung des anfänglichen Strichprobenumfangs (erste Schätzung): n0 z erste Schätzung benötigter Stichprobenumfang vor Probennahme Normalverteilungswert aus z-statistik-tabelle, mit einer unendlichen Anzahl von Messungen und für das gewünschte Konfidenzniveau cv Variationskoeffizient, definiert als Standardabweichung der abgelesenen Werte (für 1. Schätzung 0,5) e gewünschte Genauigkeitsstufe Für 90% Konfidenz mit 10%iger Genauigkeit und einem cvvon 0,5 ist die erste Schätzung für den erforderlichen Stichprobenumfang z.b. 5. Endgültiger Stichprobenumfang: laufende Berechnung von Mittelwert, Standardabweichung der aufgenommenen Daten ergibt cv, n(endgültig) Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 18 9

10 Die M&V-Kosten hängen von vielen Faktoren ab, wie z.b.: Gewählte Option für die Ermittlung der Einsparungen (siehe nächste Folien) Anzahl der Energieeinsparmaßnahmen sowie Komplexität und Ausmaß der Überlappungen zwischen ihnen Menge, Komplexität der Messgeräte (inkl. Aufwand für Einrichtung, Kalibrierung, Ablesung, Wartung etc.) Stichprobenumfang für die Messung an Geräten/Maschinen/Installationen, die repräsentativ für die Ausrüstung bzw. Einsparmaßnahme sind Zahl und Komplexität der unabhängigen Variablen in mathematischen Modellen Genauigkeitsanforderungen (z.b. ausgedrückt als ± -Toleranz in Verbindung mit Konfidenzniveau) im Bsp. 90/10 Stichprobenumfang = 67 (bei 80/20 wäre er nur 16) Vorgaben Einsparbericht, Dauer Berichtszeitraum Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 19 Empfehlungen: M&V-Kosten sollten dem erwarteten Ausmaß der Einsparungen, der Länge des Amortisationszeitraums für die Energieeinsparmaßnahme und den Anforderungen des Berichtlesers an Genauigkeit, Häufigkeit und Dauer der Einsparungsdokumentation entsprechen. Die Kosten für jede Einsparungsermittlung sollten im Verhältnis zu den erwarteten Einsparungen und Schwankungen in den Einsparungen stehen. Welcher Unsicherheitsgrad in einem Einsparbericht akzeptabel ist, hängt von den Kosten ab, die für die Begrenzung der Unsicherheit auf ein für die voraussichtliche Höhe der Einsparungen angemessenes Niveau nötig sind. Normalerweise liegen die durchschnittlichen M&V-Kosten unter 10% der zu bewertenden durchschnittlichen jährlichen Einsparungen Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 20 10

11 6. Internationale Standards International Performance Measurement andverificationprotocol (IPMVP) ist der bekannteste und am meisten verbreitete Standard weitere Standards z.b. in USA von ASHRAE, Federal Energy Management Program FEMP Das IPMVP bietet vier Optionen (A, B, C und D) für die Ermittlung von Einsparungen (siehe IPMVP Vol I unter in Abhängigkeit von Systemgrenze: Teilsystem/Komponentenebene bzw. Gesamtsystem Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 21 Optionen des IPMVP: Option A: Sonderzähler für die Messung der bestimmenden Parameter einer Energieeinsparmaßnahme oder eines Teils der Anlage getrennt vom Rest der Anlage Option B: Separate Messungen von allen signifikanten einzelnen Parametern, die zur Berechnung des Energieverbrauchs verwendet werden Option C: Abrechnungen des Energieversorgungsunternehmens (EVU) oder des Brennstofflieferanten; Zählerablesungen und Durchführung der gleichen Anpassungen, wie sie das EVU vornimmt (entspricht ESC-Standardnachweisverfahren in Deutschland) Option D: Computersimulation, die anhand tatsächlicher Leistungsdaten für das zu modellierende System oder die Anlage kalibriert wird (auch unter Nutzung von Gebäudesimulationsprogrammen) Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 22 11

12 IPMVP Option Auswahlprozess (siehe IPMVP VolI unter Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen übliche Praxis in Deutschland üblicherweise erfolgen die Ermittlung der Einsparungen auf Basis der Abrechnungen der Energielieferanten (Messungen über Hauptzähler), die der Gebäudeeigentümer/AG für die Abrechnungszeiträume zur Verfügung stellt (entspricht IPMVP-Option C) der Contractorhat den tatsächlichen bereinigten Einsparbetrag auf Basis der vertraglich vereinbarten Berechnungsvorschriften zu ermitteln (z.b. Anlage 8 im Mustervertrag des ESC-Leitfadens Land Hessen, Anlage 6 im Mustervertrag des ESC-Leitfadens der DENA, Anlage 5 im Erfolgsgarantie-Mustervertrag Staatl. Hochbauverwaltung Freistaat Bayern) dabei sind folgende Bereinigungsschritte vorzunehmen: Tages-, Preis-, Klima- und Nutzungsbereinigung Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 24 12

13 Übersicht jährliche Ermittlung der Energieeinsparungen Abrechnungsperiode X Energie- und Wasserrechnungen I. Korrektur für Betrachtungsjahr II. Wasserverbrauch Klimabereinigung III. A Nutzungsbereinigung Betrachtungsjahr Wärmeverbrauch Stromverbrauch III. B Baseline bereinigte Energiekosten Wärmekosten Stromkosten Einsparungen kwh Wärmeverbrauch kwh Stromverbrauch m³ Wasserverbrauch Wasserkosten IV. Referenzpreise Baseline-Jahr V Energy Consulting 25 Bsp. Nutzungsbereinigung: Mehr-oder Minderverbräuche durch einzelne Nutzungsänderungen werden pro Jahr separat nach standardisierten Ansätzen berechnet Für die Bereiche Wärmedämmung und elektrische Geräte, insbesondere der IuK- Technik, werden zunächst absolute Mehr-bzw. Minderverbräuche theoretisch ermittelt Für die Bereinigung von Leerständen (Teil-Leerstand, Voll-Leerstand) wird jeweils ein Faktor für Heiz-bzw. Elektroenergie gebildet und mit den jeweiligen Energieverbräuchen multipliziert Anschließend: Addition der Ergebnisse (getrennt nach den Bereichen Heizenergie und Elektroenergie) und Multiplikation der Werte mit einem zuvor ermittelten Faktor für den Einfluss hinsichtlich möglicher Änderungen der Nutzungszeit, ebenfalls getrennt nach Heiz- und Elektroenergie Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 26 13

14 8. Weiterentwicklungen mit Empfehlungen für die Praxis Messungen im Rahmen von Energieeinsparmaßnahmen garantieren i.d.r. Einsparnachweise mit höchste Belastbarkeit, allerdings ist auch ein höherer Aufwand zu erwarten Die Ergebnisse von Berechnungen können hingegen unsicher sein, wenn sie auf Annahmen oder Schätzungen basieren Für den Anwender gilt es daher abzuwägen, ob er einen höheren Aufwand in Kauf nimmt oder ob es gegebenenfalls wirtschaftlicher ist, eine Berechnung zu akzeptieren Besonders bei kleineren Maßnahmen gilt es zu prüfen, ob Aufwand und Risiko in einem ausgewogenen Verhältnis stehen Es ist auch zu entscheiden, ob die Einsparnachweise periodisch wiederholt werden sollen oder aber ob eine einmalige Nachweisführung ausreicht Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 27 Zur Absicherung der Effizienzmaßnahmen insbesondere der Nachweisverfahren für Einzelmaßnahmen können zusätzlich Qualitätssicherungsinstrumente (QSI) festgelegt werden Ziel der QSI: Absicherung der Funktionalität, Qualität und Leistung der Einsparmaßnahmen, zum Beispiel durch den Nachweis der fachgerechten Installation und Betriebsführung oder einzelner Leistungsparameter Bsp. QSI bei Wärmedämmung: thermografische Untersuchung und Luftdichtheitsmessung Bps. QSI bei Beleuchtungsmodernisierung: das Erreichen der spezifizierten Beleuchtungsstärke wird gemessen und ein Nachweis der vollständigen Installation und Funktionsfähigkeit verlangt QSI können von quantitativer oder qualitativer Natur sein und vom Auftraggeber spezifiziert, aber auch vom Contracting-Anbieter vorgeschlagen und durchgeführt werden Einmalige QSI (bei Abnahme/Inbetriebnahme der Energiesparmaßnahmen) können durch periodisch wiederkehrende QSI ergänzt werden Energy Consulting Standards beim ESC: Messung, Verifizierung von Einsparungen 28 14