Smart Railway Station Wels SRS-Wels AP 2 Aktive energetische Bewertung

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1 Smart Railway Station Wels SRS-Wels AP 2 Aktive energetische Bewertung Ein Projekt finanziert im Rahmen der Verkehrsinfrastrukturforschung 2014 (VIF2014) Februar 2016

2 ZIEL Dieses Arbeitspaket gliedert sich in zwei Abschnitte. Einen hinsichtlich der Erfassung und Bewertung der aktiv energetischen Anlagen und einen zweiten, der insbesondere das Photovoltaikpotential bzw. die Wirtschaftlichkeit einer Photovoltaikanlage untersucht. METHODEN/METHODIK 2.a Zusammenfassen aller aktiv energieerzeugenden Anlagen: Ergebnisse der Begehung und Monitoringdaten. Nominale Erzeugungsleistung und Energie aus Auslegungsunterlagen Reale Erzeugungsleistung und Energie aus Monitoring oder Zählern bzw. Betriebsstunden Gegenüberstellung der Auslastung bzw. des Funktionsumfanges 2.b Qualitätssicherung für die Photovoltaikanlage am Bahnhof: Die Qualität der Photovoltaikanlage konnte nicht bewertet werden, da am Hbf. Wels keine Photovoltaikanlage vorhanden ist. Die Änderung des Arbeitspaketes wurde dem Fördergeber kommuniziert und im Werkvertrag festgehalten. Beim Kick-Off Meeting am wurde vereinbart Teile vom AP 2.b, die allgemeine Qualitätskriterien betreffen, in AP 5 (D5.2 Maßnahmenkatalog zur Qualitätsverbesserung) abzuwickeln. 2.c. Erfassung zukünftiger Potentiale Begehung der Liegenschaft Erfassung der Bebauungspläne Erhebung des allgemeinen Solarpotentials mittels Software (PV-Sol) Evaluierung umliegender Liegenschaften mittels Aktivierung von Flächen (z.b. Parkplatz, Bahnhofsvorplatz, Busbahnhof, Parkhaus) Wirtschaftlichkeitsberechnung der simulierten Varianten

3 ERGEBNISSE Zusammenfassen aller aktiv energieerzeugenden Anlagen: Da am Bahnhof keine energieerzeugenden Anlagen vorhanden sind, wurde die Nennleistung der elektrischen- und thermischen Netzanbindung festgestellt und bezüglich deren Auslastung untersucht. Folgende Verbrauchsdaten wurden festgestellt: Elektrischer Energieverbrauch (siehe ANNEX I) Heizenergieverbrauch (siehe ANNEX II) Kühlenergieverbrauch (siehe ANNEX III) Die elektrische Versorgung wird über zwei 630 kva Transformatoren eines 10 kv Ringnetzes realisiert. Die Leistung der Trafos ist auf jeweils 630 kva ausgelegt. Laut dem Lastprofil 2015 liegt die höchste bezogene Leistung bei 135 kw bei Trafo 1 und bei 138 kw bei Trafo 2 (Aufzeichnungsintervall 15 min). Dies entspricht einer maximalen Auslastung von 21 %. Der gesamte elektrische Energiebedarf für das Jahr 2015 betrug etwa kwh. Der Hauptbahnhof Wels wird mit Wärme über das Fernwärmenetz der Stadt Wels versorgt. Der Netzanschluss erfolgt über zwei Wärmetauscher, wobei der Wärmetauscher zur Warmwasserbereitung mit einer Nennleistung von 50 kw und der Wärmetauscher für die Heizung mit einer Nennleistung von 490 kw ausgeführt ist. Das Heizungssystem hat eine kumulierte Verbraucherleistung von 810 kw. Der Lastgang wird messtechnisch nicht erfasst. Der gesamte thermische Energiebedarf für das Jahr 2015 betrug kwh; davon betrug der Heizwärmebedarf etwa kwh. Der Wärmetauscher der Heizung hat mit einer Volllaststundenzahl von 1000 h noch ausreichend freie Kapazitäten. Die Notstromversorgung der Beleuchtung ist mit 18 Stück. 12 V/ 55 Ah Blei-Akkus realisiert. Derzeit ist keine erneuerbare Energieerzeugungsanlage (z.b. PV-Anlage) vorhanden.

4 Erfassung zukünftiger Potentiale Bei der Begehung der Liegenschaft wurden potentielle Flächen zur Photovoltaiknutzung identifiziert. Abbildung 1 zeigt die ausgewählten Flächen am Hauptbahnhof Wels. Das Bahnhofsareal wird in drei Teilbereiche unterteilt: A.) Bahnsteigüberdachung B.) Überführung und Bahnhofsdach C.) Parkplatz C A A B Abbildung 1: Potentielle Flächen zur Nutzung von Photovoltaik am Bahnhof Wels. Mit dem Simulationsprogramm PV*SOL premium 2016 (R2) wurde ein 3D-Modell das Bahnhofsgebäudes erstellt. In drei unterschiedlichen Varianten wurde das Gebäude mit PV- Modulen (KIOTO KPV PE NEC 250 kwp) belegt. Die Wechselrichter wurden entsprechend der verschalteten Module gewählt und sind dem Simulationsbericht im Anhang zu entnehmen. In Abbildung 2 ist die Belegungsvariante gering zu sehen. Senkrecht zu den Bahnsteigüberdachungen werden freitragende Modulaufständerungen mit einem Aufstellwinkel von 20 angebracht.

5 A A Abbildung 2: Belegungsvariante gering. Abbildung 3 zeigt die Belegungsvariante mittel. Zusätzlich zur Belegungsvariante gering wird bei der Belegungsvariante mittel auch das Flachdach des Bahnhofs und das Dach der Überführung mit Photovoltaikmodulen belegt. Die Aufstellung am Flachdach wird wie bei der Bahnsteigüberdachung mit freitragenden Modulaufständerungen mit einem Aufstellwinkel von 20 realisiert. Die Überführung wird mit freitragenden, Ost-West-ausgerichteten, Modulen mit einem Aufstellwinkel von 10 umgesetzt. A B A Abbildung 3: Belegungsvariante mittel. Bei der Belegungsvariante maximal, welche in Abbildung 4 zu sehen ist, wird zusätzlich zur Variante mittel eine Überdachung des bestehenden Parkplatzes mit Photovoltaikmodulen angenommen. Eine Variante, wo die Verglasung der Überführung photovoltaisch aktiviert wird, wurde nicht berechnet, da nach Begutachtung der Vorortsituation sich die Verschattungslage zu negativ auf den Ertrag ausgewirkt hätte. C A B A Abbildung 4: Belegungsvariante maximal.

6 In Tabelle 1 sind die wichtigsten Simulationsergebnisse zusammengefasst. Variante Belegung Installierte Eigenverbrauch Bericht Simulations- Ertrag Leistung Gering A 127,5 kwp kwh kwh ANNEX IV Mittel A+B 287,5 kwp kwh kwh ANNEX V Maximal A+B+C 383,5 kwp kwh kwh ANNEX VI Tabelle 1: Belegungsvarianten mit Simulationsergebnissen Anmerkung/Empfehlung: Die zusätzlichen statischen Anforderungen durch eine Photovoltaikanlage wurden berechnet und sind in ANNEX VII und ANNEX VIII angeführt. Bei den Bahnsteigüberdachungen (Bereich A) muss auf einen ausreichenden Installationsabstand zu spannungsführenden Leitungen geachtet werden. Die Gefahrenzone ist lt. EN Betrieb von elektr. Anlagen Allgemeine Anforderungen bei 15 kv: 1,6 m. Ein Sicherheitsabstand von der Traufe bis zum Montagebereich von 2,5m muss eingehalten werden und Sicherungsmöglichkeiten für Arbeitskräfte sind vorzusehen.

7 Investitionsrechnung Bevor Investitionen getätigt werden, ist es sinnvoll, eine Investitionsrechnung durchzuführen. Sofern es sich um eine Kann-Investition handelt, ist die Voraussetzung für das Tätigen dieser eine positive wirtschaftliche Beurteilung. Grundsätzlich unterscheidet man zwei Gruppen von Investitionsrechnungen, die statische bzw. dynamische Investitionsrechnung. Der wesentliche Unterschied liegt darin, ob die Zeit berücksichtigt wird. Durch die Miteinbeziehung wird ein Zinssatz in der Investitionsrechnung berücksichtigt, der eine Vielzahl an Aspekten wiederspiegelt. Im Wesentlichen stellt der angewandte Kalkulationszinssatz die Mindestverzinsung dar, der die Finanzierungsstruktur, das Risiko, sowie etwaige Alternativinvestitionen usw. berücksichtigt. Es gibt eine Vielzahl an dynamischen Investitionsberechnungen. Alle Methoden basieren auf derselben Datenlage und stellen das Ergebnis unterschiedlich dar. Nachstehend werden häufig verwendete Methoden kurz skizziert und im Anschluss daran angewandt. Die Kapitalwertmethode ist eine sehr häufig verwendete Methode. Der Kapitalwert KWermittelt sich aus dem Vergleich der Anschaffungskosten AK mit den Cashflows. Der Cashflow ergibt sich aus dem Saldo der jährlichen Einzahlungen EZ (t) und Auszahlung AZ (t). KW Kapitalwert AK Anschaffungskosten EZ (t) AZ (t) t i Einzahlungen Auszahlungen Zeitpunkt Kalkulatorischer Zinssatz Gleichung 1: Kapitalwert t=n KW = AK + EZ (t) AZ (t) (1 + i) t t=1 Eine Kann-Entscheidung wird dann getätigt, wenn der Kapitalwert größer als Null ist, ansonsten wird die Investition mit dem höheren Kapitalwert gewählt.

8 Die Methode des internen Zinsfußes baut auf der Kapitalwertmethode auf. Die Kapitalwertmethode geht von einem Kalkulationszinssatz aus und ermittelt den Betrag des Kapitalwerts. Der interne Zinsfuß setzt den Kapitalwert gleich null und ermittelt dann daraus die Höhe der internen Verzinsung. KW Kapitalwert AK Anschaffungskosten EZ (t) AZ (t) t r Einzahlungen Auszahlungen Zeitpunkt Interner Zinsfuß Gleichung 2: Interner Zinsfuß t=n 0 = AK + EZ (t) AZ (t) (1 + r) t t=1 Eine Kann-Entscheidung wird dann getätigt, wenn der interne Zinsfuß größer als die gewünschte Mindestverzinsung ist, ansonsten wird die Investition mit dem höheren Zinsfuß gewählt. Die dynamische Amortisationszeit basiert auf der Kapitalwertmethode. Sie gibt den Zeitraum an, der benötigt wird, bis der Kapitalwert genau Null wird. Eine Kann-Entscheidung wird dann getätigt, wenn die dynamische Amortisationszeit kleiner als der dafür festgelegte Zeitraum ist. Als Basis für die Anwendung der Investitionsrechnung dienen die nachfolgenden Annahmen. Betrachtungszeitraum: 25 Jahre Anschaffungskosten (Investitionskosten): 1000 /kwp Jährliche Betriebskosten: /MWp Kalkulatorischer Zinssatz: 5 % Energiekosten: 0,10 /kwh Jährliche Degradation der PV-Module: 0,4 % Jährliche Verfügbarkeit der Anlage: 99 % Nutzungsdauer der Wechselrichter: 10 Jahre Investitionskosten Wechselrichter: 125 /kwp

9 Es wurden drei verschiedene Belegungsvarianten modelliert. Der spezifische Ertrag der drei Varianten ist nachfolgend dargestellt. Variante Installierte Leistung Spezifischer Energieertrag Gering 127,5 kwp 1043 kwh/kwp Mittel 290 kwp 969 kwh/kwp Maximal 386 kwp 983 kwh/kwp Tabelle 2: Spezifischer Energieerträge der unterschiedlichen Belegungen Die nachstehende Tabelle zeigt die Resultate der verschiedenen Methoden der angewandten Investitionsrechnungen. Variante Kapitalwert Interner Zinsfuß Dyn. Amortisationsdauer Gering EUR 9, % 23 Jahre Mittel -EUR 7, % > 25 Jahre Maximal -EUR 3, % > 25 Jahre Tabelle 3: Ergebnisse der Investitionsrechnung Unter Berücksichtigung der Annahmen ist lediglich die Variante Belegung gering als Investition zu empfehlen. Anmerkung/Empfehlung: Um die Annahmen zu verifizieren, wird empfohlen, eine Ausschreibung der Photovoltaik- Anlage durchzuführen. Auf Basis der Offerte kann dann eine finale Investitionsentscheidung erfolgen. Zudem sind etwaige, zur Anwendung gelangende Förderungen (Investitionsförderung) zu prüfen.

10 Impressum: Herausgeber und Programmverantwortung: Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie Abteilung Mobilitäts- und Verkehrstechnologien Radetzkystraße 2 A Wien ÖBB-Infrastruktur AG Praterstern 3 A Wien Autobahnen- und Schnellstraßen-Finanzierungs Aktiengesellschaft Rotenturmstraße 5-9 A Wien Für den Inhalt verantwortlich: AIT Austrian Institute of Technology GmbH Giefinggasse 2 A Wien sattler energie consulting gmbh Krottenseestraße 45 A Gmunden Programmmanagement: Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mbh Bereich Thematische Programme Sensengasse 1 A 1090 Wien

11 Smart Railway Station Wels SRS-Wels Ein Projekt finanziert im Rahmen der Verkehrsinfrastrukturforschung (VIF2014) AutorInnen: Ing. BSc Thomas SCHLAGER DI MBA BSc Peter STEIRER Auftraggeber: Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie ÖBB-Infrastruktur AG Autobahnen- und Schnellstraßen-Finanzierungs-Aktiengesellschaft Auftragnehmer: AIT Austrian Institute of Technology GmbH

12 ANNEX I Elektrischer Energieverbrauch vom BHF Wels Energiebedarf nach Zählerauslesungen vom Jahr 2015

13 ANNEX II Heizenergieverbrauch vom BHF Wels Energiebedarf nach Zählerauslesungen vom Jahr 2015

14 ANNEX III Kühlenergieverbrauch vom BHF Wels Energiebedarf nach Zählerauslesungen vom Jahr 2015

15 ANNEX IV Simulation Variante gering Unternehmen Austrian Institute Of Technology Giefinggasse Wien Österreich Ansprechpartner: Thomas Schlager Telefon: thomas.schlager@ait.ac.at Kunde ÖBB Infrastruktur AG Nordbahnstraße Wien Projekt Anschrift: Bahnhofstraße 31 A-4600 Wels Datum der Inbetriebnahme: Projektbeschreibung: Geringe Belegung

16 Kundennummer: Angebotsnummer: Angebotsdatum: Potentialserhebung SRS-Wels Bearbeiter/in: Schlager Unternehmen: Austrian Institute Of Technology 3D, Netzgekoppelte PV-Anlage mit elektrischen Verbrauchern Klimadaten Wels ( ) PV-Generatorleistung 127,5 kwp PV-Generatorfläche 843,4 m² Anzahl PV-Module 510 Anzahl Wechselrichter 9 PV*SOL premium 2016 (R2) Valentin Software GmbH Seite 2 von 4

17 Kundennummer: Angebotsnummer: Angebotsdatum: Bearbeiter/in: Schlager Unternehmen: Austrian Institute of Technology GmbH Potentialserhebung SRS-Wels Der Ertrag PV-Generatorenergie (AC-Netz) kwh Eigenverbrauch kwh Netzeinspeisung 0 kwh Spez. Jahresertrag 1.033,77 kwh/kwp Anlagennutzungsgrad (PR) 82,7 % Eigenverbrauchsanteil 100,0 % Berechnung der Abschattungsverluste 0,2 %/Jahr Vermiedene CO₂-Emissionen kg/jahr Die Ergebnisse sind durch eine mathematische Modellrechnung der Firma Valentin Software GmbH (PV*SOL Algorithmen) ermittelt worden. Die tatsächlichen Erträge der Solarstromanlage können aufgrund von Schwankungen des Wetters, der Wirkungsgrade von Modulen und Wechselrichtern sowie anderer Faktoren abweichen. PV*SOL premium 2016 (R2) Valentin Software GmbH Seite 3 von 4

18 Kundennummer: Angebotsnummer: Angebotsdatum: Potentialserhebung SRS-Wels Bearbeiter/in: Schlager Unternehmen: Austrian Institute Of Technology Simulationsergebnisse PV-Anlage PV-Generatorleistung 127,5 kwp Spez. Jahresertrag 1.033,77 kwh/kwp Anlagennutzungsgrad (PR) 82,7 % Ertragsminderung durch Abschattung 0,2 %/Jahr PV-Generatorenergie (AC-Netz) Eigenverbrauch Netzeinspeisung Abregelung am Einspeisepunkt kwh/jahr kwh/jahr 0 kwh/jahr 0 kwh/jahr Eigenverbrauchsanteil 100,0 % Vermiedene CO₂-Emissionen kg/jahr Verbraucher Verbraucher Stand-By Verbrauch Gesamtverbrauch gedeckt durch PV gedeckt durch Netz kwh/jahr 95 kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr Solarer Deckungsanteil 9,1 % Abbildung: Ertragsprognose mit Verbrauch PV*SOL premium 2016 (R2) Valentin Software GmbH Seite 4 von 4

19 ANNEX V Simulation Variante mittel Unternehmen Austrian Institute Of Technology Giefinggasse Wien Österreich Ansprechpartner: Thomas Schlager Telefon: thomas.schlager@ait.ac.at Kunde ÖBB Infrastruktur AG Nordbahnstraße Wien Projekt Anschrift: Bahnhofstraße 31 A-4600 Wels Datum der Inbetriebnahme: Projektbeschreibung: Mittlere Belegung

20 Kundennummer: Angebotsnummer: Angebotsdatum: Potentialserhebung SRS-Wels Bearbeiter/in: Schlager Unternehmen: Austrian Institute Of Technology 3D, Netzgekoppelte PV-Anlage mit elektrischen Verbrauchern Klimadaten Wels ( ) PV-Generatorleistung 287,5 kwp PV-Generatorfläche 1.901,7 m² Anzahl PV-Module 1150 Anzahl Wechselrichter 15 PV*SOL premium 2016 (R2) Valentin Software GmbH Seite 2 von 4

21 Kundennummer: Angebotsnummer: Angebotsdatum: Potentialserhebung SRS-Wels Bearbeiter/in: Schlager Unternehmen: Austrian Institute Of Technology Der Ertrag PV-Generatorenergie (AC-Netz) kwh Eigenverbrauch kwh Netzeinspeisung kwh Spez. Jahresertrag 965,16 kwh/kwp Anlagennutzungsgrad (PR) 81,2 % Eigenverbrauchsanteil 96,8 % Berechnung der Abschattungsverluste 0,2 %/Jahr Vermiedene CO₂-Emissionen kg/jahr Die Ergebnisse sind durch eine mathematische Modellrechnung der Firma Valentin Software GmbH (PV*SOL Algorithmen) ermittelt worden. Die tatsächlichen Erträge der Solarstromanlage können aufgrund von Schwankungen des Wetters, der Wirkungsgrade von Modulen und Wechselrichtern sowie anderer Faktoren abweichen. PV*SOL premium 2016 (R2) Valentin Software GmbH Seite 3 von 4

22 Kundennummer: Angebotsnummer: Angebotsdatum: Potentialerhebung SRS-Wels Bearbeiter/in: Schlager Unternehmen: Austrian Institute Of Technology Simulationsergebnisse PV-Anlage PV-Generatorleistung 287,5 kwp Spez. Jahresertrag 965,16 kwh/kwp Anlagennutzungsgrad (PR) 81,2 % Ertragsminderung durch Abschattung 0,2 %/Jahr PV-Generatorenergie (AC-Netz) Eigenverbrauch Netzeinspeisung Abregelung am Einspeisepunkt kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr 0 kwh/jahr Eigenverbrauchsanteil 96,8 % Vermiedene CO₂-Emissionen kg/jahr Verbraucher Verbraucher Stand-By Verbrauch Gesamtverbrauch gedeckt durch PV gedeckt durch Netz kwh/jahr 540 kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr Solarer Deckungsanteil 18,5 % Abbildung: Ertragsprognose mit Verbrauch PV*SOL premium 2016 (R2) Valentin Software GmbH Seite 4 von 4

23 ANNEX VI Simulation Variante maximal Unternehmen Austrian Institute Of Technology Giefinggasse Wien Österreich Ansprechpartner: Thomas Schlager Telefon: thomas.schlager@ait.ac.at Kunde ÖBB Infrastruktur AG Nordbahnstraße Wien Projekt Anschrift: Bahnhofstraße 31 A-4600 Wels Datum der Inbetriebnahme: Projektbeschreibung: Maximale Belegung mit Parkplatzüberdachung

24 Kundennummer: Angebotsnummer: Angebotsdatum: Potentialserhebung SRS-Wels Bearbeiter/in: Schlager Unternehmen: Austrian Institute Of Technology 3D, Netzgekoppelte PV-Anlage mit elektrischen Verbrauchern Klimadaten Wels ( ) PV-Generatorleistung 383,5 kwp PV-Generatorfläche 2.536,7 m² Anzahl PV-Module 1534 Anzahl Wechselrichter 17 PV*SOL premium 2016 (R2) Valentin Software GmbH Seite 2 von 4

25 Kundennummer: Angebotsnummer: Angebotsdatum: Potentialserhebung SRS-Wels Bearbeiter/in: Schlager Unternehmen: Austrian Institute Of Technology Der Ertrag PV-Generatorenergie (AC-Netz) kwh Eigenverbrauch kwh Netzeinspeisung kwh Spez. Jahresertrag 976,58 kwh/kwp Anlagennutzungsgrad (PR) 81,1 % Eigenverbrauchsanteil 87,7 % Berechnung der Abschattungsverluste 0,6 %/Jahr Vermiedene CO₂-Emissionen kg/jahr Die Ergebnisse sind durch eine mathematische Modellrechnung der Firma Valentin Software GmbH (PV*SOL Algorithmen) ermittelt worden. Die tatsächlichen Erträge der Solarstromanlage können aufgrund von Schwankungen des Wetters, der Wirkungsgrade von Modulen und Wechselrichtern sowie anderer Faktoren abweichen. PV*SOL premium 2016 (R2) Valentin Software GmbH Seite 3 von 4

26 Kundennummer: Angebotsnummer: Angebotsdatum: Potentialserhebung SRS-Wels Bearbeiter/in: Schlager Unternehmen: Austrian Institute Of Technology Simulationsergebnisse PV-Anlage PV-Generatorleistung 383,5 kwp Spez. Jahresertrag 976,58 kwh/kwp Anlagennutzungsgrad (PR) 81,1 % Ertragsminderung durch Abschattung 0,6 %/Jahr PV-Generatorenergie (AC-Netz) Eigenverbrauch Netzeinspeisung Abregelung am Einspeisepunkt kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr 0 kwh/jahr Eigenverbrauchsanteil 87,7 % Vermiedene CO₂-Emissionen kg/jahr Verbraucher Verbraucher Stand-By Verbrauch Gesamtverbrauch gedeckt durch PV gedeckt durch Netz kwh/jahr 811 kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr kwh/jahr Solarer Deckungsanteil 22,6 % Abbildung: Ertragsprognose mit Verbrauch PV*SOL premium 2016 (R2) Valentin Software GmbH Seite 4 von 4

27 ANNEX VII Süd-Ausrichtung mit einem Anstellwinkel von 30

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34 ANNEX VIII Ost-West-Ausrichtung mit einem Anstellwinkel von 10

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