Übung I: Energie- und Facility Management in Industrie- und Dienstleistungsunternehmen WS 2007 / 2008

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1 Übung I: Energie- und Facility Management in Industrie- und Dienstleistungsunternehmen WS 2007 / Allgemeine Informationen Homepage des Lehrstuhls Download Vorlesung / Übung Facility Management Benutzername: EFM Passwort: Epass07 2

2 Verknüpfung Vorlesung Übung Energie und Facility Management Kap.1: Abgrenzung Definitionen Kap.2: strategisches FM Lifecycle Costing Krankenhäuser Verrechnungspreise / Investition KWK / Auslegung Immobilien- / Standortbewertung Kap.3: operatives FM Kap.5: Schlussbetrachtung Kap.4: Energiemanagement Energiecontrolling / Energiekennzahlen Raumwärme / Dämmung / Heizung / Wärmepumpe Solarzellen / Solarkollektoren 3 Übersicht Einführung Energie Energie Kraftwerke Kraftwerke Energiebedarf Energiebedarf Energie und und Facility FacilityManagement 4

3 Energie (1) Was ist Energie? Einer der grundlegendsten Begriffe der Physik Das Wort Energie kommt aus dem Griechischen: "energeia" bedeutet so viel wie "Tatkraft" oder auch "Wirkende Kraft" Energie bezeichnet die Fähigkeit, Arbeit zu leisten (mechanische Energie) oder Wärme abzugeben (thermische Energie) (Grundeinheit im SI-System: Joule) Viele Erscheinungsformen (mechanisch, thermisch, chemisch ) Weitere Infos in den Unterlagen Einführung in die Energiewirtschaft Interessanter Link: 5 Energie (1a) Messgrößen: Zeit Masse Strecke Maßeinheiten: s kg m Definition/Umrechnung: Basiseinheiten Geschwindigkeit Beschleunigung Kraft Energie Leistung elektrische Arbeit / Energie m/s m/s 2 Masse*Beschl.=Newton Kraft*Strecke=Joule Energie/Zeit=Watt Watt * Zeit m/s m/s /s = m/s 2 N = kg * m/s 2 J = kg * m/s 2 * m W = kg * m 2 /s 2 /s Ws = 1/3600 Wh = = 0,36 kwh = 36 * 10-5 MWh = 36 * 10-8 GWh 6

4 Energie (2) Was ist Arbeit? Arbeit = Kraft x Weg (Mechanikdefinition) Menge an elektrischer Energie, die einem System zugeführt wird oder von diesem abgegeben wird Bei elektrischer Arbeit übliche Einheit: Kilowattstunde (kwh) Prozessgröße, zeitraumbezogen Was ist Leistung? Leistung = Arbeit (oder Wärme oder Energie) / Zeit Einheit: Watt (SI-System) und andere Einheiten (z. B. PS) Stromgröße, zeitpunktbezogen 7 Kilowatt und Kilowattstunden kw kwh Leistung Arbeit Zeitpunktbezogen z.b. Leistung eines elektrischen Geräts z.b. Maximale Leistung eines Kraftwerks (Megawatt / Gigawatt) Zeitraumbezogen z.b. Elektrizitätsverbrauch eines Haushaltes in einem Jahr z.b. Leistung eines Kraftwerks in einem Jahr 8

5 Kilowattstunde kwh Eine Kilowattstunde wird (ungefähr) benötigt, um: 15 Hemden zu bügeln 70 Tassen Kaffee zu kochen 7 Stunden fernzusehen 48 Stunden einen 300-Liter-Kühlschrank zu nutzen 90 Stunden Licht mit einer Stromsparlampe (11 Watt) zu erzeugen 17 Stunden Licht einer Glühlampe (60 Watt) zu erzeugen 40 Stunden lang mit dem CD-Player Musik zu hören (25 Watt) einmal Wäschewaschen mit der Waschmaschine Durchschnittlicher Verbrauch für 3-Personen-Haushalt: ca kwh/a Preis für eine kwh kreist aktuell um 21 Cent 9 kcal Gängige Energieeinheiten (1) Leistung von 1000 Watt über einen Zeitraum von einer Stunde 1 kwh = kj Kilokalorie Kilojoule Kilowattstunde kj kwh 100 Gramm: 1 kj = 0,239 kcal Brot = 190 bis 250 Nudeln = 350 Nüsse = 500 bis kcal = 4,1868 kj SKE Steinkohleinheiten: 1 kg SKE = 8,14 kwh Schokolade = 560 RÖE Rohöleinheiten: 1 kg RÖE = 11,63 kwh m 3 Gas Kubikmeter Gas: 1 m 3 Gas = 9,769 kwh 10

6 Gängige Energieeinheiten (2) Kilokalorie Kcal/h kj Leistung von 1000 Watt 1 kwh = kj Kilowatt kw 1 kw = 1,36 PS 1 PS = 0,735 kw PS 100 Gramm: Brot = 190 bis 250 Nudeln = 350 Nüsse = 500 bis 630 Schokolade = 560 Ein Mensch braucht bei völliger Ruhe zur Aufrechterhaltung der Lebensfunktion ca. 1 kcal pro Stunde pro kg (Grundumsatz) Liegen = 68 kcal / h Sitzen = 72 kcal / h Joggen = 750 kcal / h Tagesbedarf zw und kcal 1 kj = 0,239 kcal 1 kcal = 4,1868 kj = 3.140,1 kj = 0,872 kwh 14,53 Watt-Minuten 11 Umrechnungsfaktoren für Energieeinheiten Einheit Umrechnungsfaktor zur Einheit kj kwh kcal kg SKE kg RÖE m 3 Erdgas BTU 1 kj 1 2, ,239 3, , kwh ,123 0, , , kcal 4,1868 1, , ,97 1 kg SKE , , , kg RÖE , , , m 3 Gas , ,200 0, , BTU 1,05 0, , Näherungswerte: 1 m 3 Gas 10 kwh; 1 l Heizöl 10 kwh 12

7 Elektrizitätsproduktion 13 Übersicht Einführung Energie Energie Kraftwerke Kraftwerke Energiebedarf Energiebedarf Energie und und Facility FacilityManagement 14

8 Kraftwerke in Deutschland (1) Grundlast Kraftwerke laufen immer (außer bei Wartungsarbeiten o. Wassermangel) Laufwasserkraftwerke an oder in Flüssen Braunkohle- und Kernkraftwerke (hohe Baukosten, geringe Brennstoffkosten) Mittellast Steinkohlekraftwerke (bei hohem Bedarf auch in der Grundlast eingesetzt) Teilweise GuD (Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerke) Stromproduktion muss innerhalb bestimmter Grenzen gut regelbar sein, um flexibel auf die schwankende Tagesbelastung reagieren zu können Anfahrzeit zwischen 2 und 7 Stunden Spitzenlast schnell und teuer Müssen in wenigen Minuten volle Leistung bringen Besonders niedriger Ausnutzungsgrad (deswegen teuer) Speicher- und Pumpspeicher-Wasserkraftwerke sowie Gasturbinenkraftwerke 15 Kraftwerke (2) - Stromerzeugung nach Energieträgern Kernenergie 28 Anteil der Energieträger an der gesamten Netto-Stromerzeugung in Deutschland 2004 (in Prozent) Braunkohle Steinkohle Erdgas 10 Erneuerbare Energien 9 Heizöl, Sonstige 5 Quelle: Verband der Elektrizitätswirtschaft, Berlin Gesamte Erzeugung (in Mrd kwh)

9 Kraftwerke (3) - Installierte Kraftwerksleistung nach Energieträgern Quelle: AG Energiebilanzen 17 Kraftwerke (4) - Durchschnittliche Ausnutzungsdauer Durchschnittliche Ausnutzungsdauer der Kraftwerke in Stunden 2004 Kernenergie Braunkohle Steinkohle Erdgas Lauf- und Speicherwasser Pumpspeicherwasser Quelle: Verband der Elektrizitätswirtschaft, Berlin Wind

10 Kraftwerke in Deutschland (5) Im Winter 2005/2006 betrug die installierte Kraftwerksleistung in Deutschland Megawatt (MW) kw Rein statistischer Wert, da Anlagen unterschiedlich verfügbar sind Nach Abzug von nicht einsetzbarer Leistung, Ausfällen, Revisionen und Reserven für Systemdienstleistungen blieb eine "Gesicherte Leistung" von MW Der höchste Strombedarf wurde am um Uhr mit MW registriert Daraus errechnet sich für diesen Zeitpunkt eine Leistungsreserve von MW ( MW gesicherte Leistung minus MW Jahreshöchstlast ergibt MW) (Quelle: 19 Kraftwerke in Deutschland (6) Winter 2005 / 2006 (Quelle: 20

11 Kraftwerke (7) Leistungsparameter Energieerzeugungstechnologien: Kraftwerkstyp min. Leistung max. Leistung Bemerkung Kernkraft x kw MW Braunkohle x kw MW Steinkohle 600 kw MW GuD x kw 800 MW Wind 300 kw 5 MW Wasser 10 kw MW 23 GW (Drei- Schluchten-Damm) Photovoltaik 1 kw 300 kw Brennstoffzelle 100 kw mehrere MW 21 Übersicht Einführung Energie Energie Kraftwerke Kraftwerke Energiebedarf Energiebedarf Energie und und Facility FacilityManagement 22

12 Energiewirtschaftliche Umwandlungskette Energiebilanz für Deutschland Primärenergie Sekundärenergie Endenergie Nutzenergie Braunkohle, Steinkohle, Rohöl, Erdgas, Kernbindungsenergie Heizöl, Benzin, Elektrizität, Fernwärme Energie, die vom Letztverbraucher bezogen wird (minus nicht-energetischer Verbrauch etc.) z.b. Verbrauch elektrischer Energie eines Kunden Technische Form der Energie, welche vom Verbraucher letztlich benötigt wird (Licht, Wärme, Kälte, mechanische Kraft etc). Die mit dem Einsatz der Nutzenergie und anderer Produktionsfaktoren erzeugten Güter bzw. Dienstleistungen (beleuchteter Raum, heiße Speisen etc.) Energiedienstleistungen Bedürfnisse Essen, Trinken, Mobilität, Behaglichkeit, Sicherheit, 23 Endenergieverbrauch in der Struktur der Energiebilanz Deutschland 2004 Handel, Gewerbe 16% Industrie *) 26% Unternehmen *) Verarbeitendes Gewerbe sowie übriger Bergbau Haushalte 29% Haushalte Verkehr 29% Quelle: BMWA

13 Lastganglinie Haushalte Beispiel Stromverbrauch einzelner 4-Personen Haushalt Watt --> :15 01:15 02:15 03:15 04:15 05:15 06:15 07:15 08:15 09:15 10:15 11:15 12:15 13:15 14:15 15:15 16:15 17:15 18:15 19:15 20:15 21:15 22:15 23:15 25 Endenergienachfrage der Haushalte Struktur nach Anwendungsbereichen (Nutzenergieformen) Prozesswärme (v. a. Warmwasser) 14% mech. Energie 5% Beleuchtung 1% Information 2% Energienachfrage im Haushalt, d. h. ohne Kraftstoffe Raumwärme 78% Quelle: BMWA

14 Endenergieverbrauch Industrie nach Anwendungsbereichen 2003 (Nutzenergieformen) Mechanische Energie 23% Beleuchtung 2% Warmwasser 1% Raumwärme 9% Prozesswärme 65% Quelle: BMWA Endenergieverbrauch GHD nach Anwendungsbereichen 2003 Beleuchtung 6% Prozesswärme 15% Mechanische Energie 23% Warmwasser 10% Raumwärme 46% GHD Gewerbe, Handel und Dienstleistungen Quelle: BMWA

15 Saisonale Abhängigkeit der Energienachfrage Index [%] Anthropogener Energieumsatz Index [%] Industrie Verkehr J F M A M J J A S O N D 0 J F M A M J J A S O N D Index [%] Haushalt Index [%] Kleinverbrauch J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D Index 100 = Jahresmittelwert 29 Energieversorgungsstruktur in Automobilwerken 30

16 Übersicht Einführung Energie Energie Kraftwerke Kraftwerke Energiebedarf Energiebedarf Energie und und Facility-Management 31 Energie- und Facility Management Definitionen Diverse: amerikanische: Fokus auf Arbeitsprozessen & Gebäudebewirtschaftung europ./deutsche: Fokus auf Gebäudebewirtschaftung Wesentliche Definition: Nävy (2003): Facility Management ist ein strategisches Konzept zur Bewirtschaftung, Verwaltung und Organisation aller Sachressourcen innerhalb eines Unternehmens. Wesentliche Bestandteile der Vorlesung: Facility Management Energiemanagement strategisch: LCC, Wertmanagement operativ: Flächen-/Infrastrukturmanagement Controlling und Kennzahlen Benchmarking rationelle Energieanwendung 32

17 Verknüpfung Vorlesung Übung Energie und Facility Management Kap.1: Abgrenzung Definitionen Kap.2: strategisches FM Lifecycle Costing Krankenhäuser Verrechnungspreise / Investition KWK / Auslegung Immobilien- / Standortbewertung Kap.3: operatives FM Kap.5: Schlussbetrachtung Kap.4: Energiemanagement Energiecontrolling / Energiekennzahlen Raumwärme / Dämmung / Heizung / Wärmepumpe Solarzellen / Solarkollektoren 33 Facility Management über Energiemanagement schon einiges erzählt, verbleibt: Facility Management: aktive Gebäudebewirtschaftung, tatsächliche Kosten (Opportunitätskosten) berücksichtigen Gewinnerzielung mit Gebäudepark möglich Prozessorientierung wichtig Dienstleistung für interne (& externe) Nutzer korrekt bepreisen Facility-Nutzung als Produkt Wirtschaftlichkeit über die gesamte Wertschöpfungskette Lebenszyklus Zahlungsströme (v.a. Kosten) zukünftiger Perioden berücksichtigen Wirkung auf das Unternehmensergebnis Planung für das gesamte Unternehmen, nicht Teilbereiche 34

18 Wichtige Rechengrößen des Facility Management Standortbewertung Verkehrswert, Immobilienbewertung Wertansätze (WertV `88), ex post ex ante Einflussfaktoren auf Preise Verrechnungspreise marktorientiert, kostenorientiert, verhandelt (Aufwand ) 35