Smarte Energiesysteme für smarte Stadtteile

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1 Smarte Energiesysteme für smarte Stadtteile 9. Internationale Energiewirtschaftstagung an der TU Wien IEWT 2015 Stephan Maier, Hans Schnitzer, Michael Narodoslawsky Institut für Prozess- und Partikeltechnik Technische Universität Graz Inffeldgasse 13 A-8010 Graz, Österreich

2 Ablauf der Prozessoptimierung mittels Prozess Netzwerk Synthese (PNS) und Energetischer Langzeitoptimierung von Siedlungsstrukturen (ELAS) Wirtschaftliches Optimum (mittels PNS) Eingabeparameter: Kosten-/Marktpreissituation Wirkungsgrade Kombinationsmöglichkeiten Energieversorgungstechnologien Transportdistanzen verfügbare Abwärme/Kaltwasser Ergebnis: Wirtschaftlich optimales Technologiesystem aus Investorensicht stabilste Technologien Preisgrenzen Szenarien Energiebedarf und Rahmenbedingungen lt. Projektgebiet Reininghaus (OIB + NZE) Energetische Langzeitanalyse (mittels ELAS) Eingabeparameter: Optimale Technologiesysteme, Szenarien Energiebedarf Gesamtlebensyzyklus- ressourcenverbrauch/- emissionen Einwohnerspezifische Daten Straßen-/Abfall- und Lichtinfrastruktur Mobilität Ergebnis: Fußabdruck nach Kategorien Ökologisch optimales Technologiesystem Energieverbrauch Kommunale Dienstleistungen Mobilität Bauliche Maßnahmen

3 Gesamtareal: Optimales Technologienetzwerk PNS Wirtschaftliches Optimum (mittels PNS) Eingabeparameter: Kosten-/Marktpreissituation Wirkungsgrade Kombinationsmöglichkeiten Energieversorgungstechnologien Transportdistanzen verfügbare Abwärme/Kaltwasser Ergebnis: Wirtschaftlich optimales Technologiesystem aus Investorensicht stabilste Technologien Preisgrenzen Szenarien Energiebedarf und Rahmenbedingungen lt. Projektgebiet Reininghaus (OIB + NZE) 1. Energetische Langzeitanalyse (mittels ELAS) Eingabeparameter: Optimale Technologiesysteme, Szenarien Energiebedarf Gesamtlebensyzyklus- ressourcenverbrauch/- emissionen Einwohnerspezifische Daten Straßen-/Abfall- und Lichtinfrastruktur Mobilität Ergebnis: Fußabdruck nach Kategorien Ökologisch optimales Technologiesystem Energieverbrauch Kommunale Dienstleistungen Mobilität Bauliche Maßnahmen

4 Ablauf der Prozessoptimierung mittels Prozess Netzwerk Synthese kombinatorisc he Regeln Maximum Struktur Optimum Struktur Technologienetzwerk Optimales Energiesystem Berechnung optimaler Energie-Netzwerke maximaler Wertschöpfung Rohmaterialien mit gewünschten Produkten mittels branch-and bound Optimierungsroutine

5 Ablauf der Prozessoptimierung mittels Prozess Netzwerk Synthese Speziell für Reininghaus 17 Quartiersgruppen Angebot- und Bedarfspotential Energie in drei Perioden (Winter, Zwischenperiode, Sommer) OIB = aktueller Baustandard NZE = Nearly Zero Emission Standard ungenutzte Energie (Abwärme, Kälte) bestehende Gas- / Wärmeleitungen mögliche zentrale / dezentrale Energietechnologien und Gas- / Wärmeleitungen Wärme-/Elektrizitätsbedarf von IWT und IFEA eingeflossen

6 Abwärme / Kaltwasser Marienhütte 78 C: MWh/Jahr Marienhütte 30 C: MWh/Jahr Stamag 22 C: MWh/Jahr Lindegas 22 C: MWh/Jahr Erber Brunnen 10 C: MWh/Jahr

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8 Wirtschaftliche Optimalstruktur Basis: OIB kl. Teil HWB nur Stamag 20 C

9 Wirtschaftliche Optimalstruktur Basis: NZE kl. Teil HWB nur Stamag 20 C 78 C

10 Wirtschaftliche Optimalstruktur Erdgaspreis: OIB u. NZE Szenario: Gaspreis von % = 51 (NZE) bzw. + 16% = 57 (OIB) kl. Teil HWB (OIB) größer er (NZE) zusätzl. bei OIB

11 Wirtschaftliche Optimalstruktur FW-Preis: OIB u. NZE Szenario: FW-Preis von 63-26% = 51 (NZE) bzw. - 23% = 57 (OIB) kl. Teil HWB Linde u. Stamag (NZE) Erber (OIB) b.oib zusätzl. b.oib 31% (OIB)

12 Gesamtareal: Ökologische Betrachtung Wirtschaftliches Optimum (mittels PNS) Eingabeparameter: Kosten-/Marktpreissituation Wirkungsgrade Kombinationsmöglichkeiten Energieversorgungstechnologi en Transportdistanzen verfügbare Abwärme/Kaltwasser Ergebnis: Wirtschaftlich optimales Technologiesystem aus Investorensicht stabilste Technologien Preisgrenzen Szenarien Energiebedarf und Rahmenbedingungen lt. Projektgebiet Reininghaus (OIB + NZE) Energetische Langzeitanalyse (mittels ELAS) Eingabeparameter: Optimale Technologiesysteme, Szenarien Energiebedarf Gesamtlebensyzyklus- ressourcenverbrauch/- emissionen Einwohnerspezifische Daten Straßen-/Abfall- und Lichtinfrastruktur Mobilität Ergebnis: Fußabdruck nach Kategorien Ökologisch optimales Technologiesystem Energieverbrauch Kommunale Dienstleistungen Mobilität Bauliche Maßnahmen

13 Ökologisches Optimum im Vergleich zu 95 ha Reininghausareal benötigte Fläche: OIB: ca bis 8000-fache Fläche für Gebäudeenergieversorgung benötigt NZE: ca bis 7000-fache Fläche für Gebäudeenergieversorgung benötigt

14 Ökologisches Optimum

15 Zusammenfassung Ökologische Betrachtung Energieversorgung nur Teil von gesamtem ökologischen Fußabdruck deshalb unbedingt anderen Konstanten diskutieren (s. Mobilität) Veränderungen in Heizen / Kühlen (Niedrigenergie zu Passivhaus) stark abhängig von Technologienetzwerk Fernwärme Graz 90 bis 100% fossile Versorgung großes Verringerungspotenzial ökologischer Fußabdruck, bei Umstieg auf Abwärme (ohne firmeninterne Energiebedarfe Marienhütte, Lindegas, Stamag) Verringerung Importabhängigkeit mögl. Dokumentation liefert neben Ökologischer Fußabdruck (m²), CO2, Lebenszyklus Emissionen (kg) auch erste Aussagen über Energieverbrauch (kwh), Umsätze ( ), Wertschöpfung( ), Arbeitsplätze, Importe ( ) diverser Entwicklungspfade

16 Zusammenfassende Aussagen / mögl. weitere Schritte / Ausblick OPT Technologiesystem für Gesamtgebiet u. erstes konkretes Investorgebiet Erber auch in Modell ready to use/plan Gespräche mit Industriebetrieben bezüglich mögl. Verfügbarkeit (Lückenschluss mit Kesseln / Abwärmesicherheit?) Ausschlussszenario liegt vor (zb: Lindegas/Stamag niedrigere Temp.niveaus) weiters: Investoren u. Stadt weitere Gebiete in Gespräch mit folgenden Investoren modellierbar Grundlage für weitere Optimierung/Bewertung in urbanen Gebieten

17 Smarte Energiesysteme für smarte Stadtteile 9. Internationale Energiewirtschaftstagung an der TU Wien IEWT 2015 Stephan Maier, Hans Schnitzer, Michael Narodoslawsky Institut für Prozess- und Partikeltechnik Technische Universität Graz Inffeldgasse 13 A-8010 Graz, Österreich

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19 ANHANG (BEI BEDARF)

20 Basispreise Einkauf Elektrizität Erdgas Kosten 113 /MWh el 49 /MWh Verkauf an Kunden bzw. Einspeisung ins Netz Preise Fernwärme bestehend 78 C Wärmespeicher 78 C Abwärme Marie 78 C Abwärme Marie 30 C Abwärme Linde 22 C Abwärme Stamag 20 C Stamag 10 C Photovoltaik 63 /MWh th div. /MWh th 50 /MWh th 36 /MWh th 31 /MWh th 27 /MWh th 41 /MWh th 0 /MWh el Heizung Warmwasser Kühlung Einspeisetarife für Ökostrom PV Einspeisetarife Elektrizität KWK 63 /MWh th 63 /MWh th 58 /MWh el 125 /MWh el 47 /MWh el Solarthermie 0 /MWh th

21 Wirtschaftliche Optimalstruktur: Preisgrenzen Energie wird eingekauft (von Investor) Kaltwasser Erber kommt bei: scharfe Preisgrenze (OIB) Opt. /Max. Nutzung (Max.) scharfe Preisgrenze (NZE) < Erdgas fällt raus bei: > 57 > 51 Opt. /Max. Nutzung (Max.) bestehende Fernwärme kommt bei: < 51 < 50 Energie wird verkauft (an Endkunden bzw. Einspeisung ins Netz) PV-Einspeisetarif fällt raus bei: KWK-Einspeisetarif Strom kommt bei: scharfe Preisgrenze (OIB) Opt. /Max. Nutzung (Max.) < 89 < 89 > 74 > 75 scharfe Preisgrenze (NZE) Opt. /Max. Nutzung (Max.)