Übung I: Energie- und Facility Management in Industrie- und Dienstleistungsunternehmen WS 2007 / 2008 1 Allgemeine Informationen Homepage des Lehrstuhls http://www.ewl.wiwi.uni-due.de/ Download Vorlesung / Übung Facility Management Benutzername: EFM Passwort: Epass07 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
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: http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=021110.rm 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
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
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. 3.000 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 = 3.600 kj Kilokalorie Kilojoule Kilowattstunde kj kwh 100 Gramm: 1 kj = 0,239 kcal Brot = 190 bis 250 Nudeln = 350 Nüsse = 500 bis 630 1 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
Gängige Energieeinheiten (2) Kilokalorie Kcal/h kj Leistung von 1000 Watt 1 kwh = 3.600 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. 2.000 und 3.000 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 2,78 10-4 0,239 3,412 10-5 2,389 10-5 28 10-6 948 10-3 1 kwh 3 600 1 860 0,123 0,086 100,8 10-3 3,41 10 3 1 kcal 4,1868 1,163 10-3 1 1,429 10-4 1 10-4 117 10-6 3,97 1 kg SKE 29 308 8,14 7 000 1 0,7 820 10-3 27,78 10 3 1 kg RÖE 41 868 11,63 10 000 1,429 1 1172 10-3 39,69 10 3 1 m 3 Gas 35 169 9,769 8 405 1,200 0,840 1 33,34 10 3 1 BTU 1,05 0,00029 0,25 36 10-6 25 10-6 30 10-6 1 Näherungswerte: 1 m 3 Gas 10 kwh; 1 l Heizöl 10 kwh 12
Elektrizitätsproduktion 13 Übersicht Einführung Energie Energie Kraftwerke Kraftwerke Energiebedarf Energiebedarf Energie und und Facility FacilityManagement 14
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 26 22 Erdgas 10 Erneuerbare Energien 9 Heizöl, Sonstige 5 Quelle: Verband der Elektrizitätswirtschaft, Berlin Gesamte Erzeugung (in Mrd kwh) 570 16
Kraftwerke (3) - Installierte Kraftwerksleistung nach Energieträgern Quelle: AG Energiebilanzen 17 Kraftwerke (4) - Durchschnittliche Ausnutzungsdauer Durchschnittliche Ausnutzungsdauer der Kraftwerke in Stunden 2004 Kernenergie Braunkohle 7.670 7.230 Steinkohle 4.460 Erdgas 2.730 Lauf- und Speicherwasser 4.430 Pumpspeicherwasser 1.070 Quelle: Verband der Elektrizitätswirtschaft, Berlin Wind 1.600 18
Kraftwerke in Deutschland (5) Im Winter 2005/2006 betrug die installierte Kraftwerksleistung in Deutschland 119.400 Megawatt (MW) 119.400.000 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 82.700 MW Der höchste Strombedarf wurde am 15.12.2005 um 17.45 Uhr mit 76.700 MW registriert Daraus errechnet sich für diesen Zeitpunkt eine Leistungsreserve von 6.000 MW (82.700 MW gesicherte Leistung minus 76.700 MW Jahreshöchstlast ergibt 6.000 MW) (Quelle: www.vdn.de) 19 Kraftwerke in Deutschland (6) Winter 2005 / 2006 (Quelle: www.vdn.de) 20
Kraftwerke (7) Leistungsparameter Energieerzeugungstechnologien: Kraftwerkstyp min. Leistung max. Leistung Bemerkung Kernkraft x kw 1.300 MW Braunkohle x kw 1.000 MW Steinkohle 600 kw 1.500 MW GuD x kw 800 MW Wind 300 kw 5 MW Wasser 10 kw 1.000 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
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 2006 24
Lastganglinie Haushalte Beispiel Stromverbrauch einzelner 4-Personen Haushalt Watt --> 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 00:15 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 2006 26
Endenergieverbrauch Industrie nach Anwendungsbereichen 2003 (Nutzenergieformen) Mechanische Energie 23% Beleuchtung 2% Warmwasser 1% Raumwärme 9% Prozesswärme 65% Quelle: BMWA 2006 27 Endenergieverbrauch GHD nach Anwendungsbereichen 2003 Beleuchtung 6% Prozesswärme 15% Mechanische Energie 23% Warmwasser 10% Raumwärme 46% GHD Gewerbe, Handel und Dienstleistungen Quelle: BMWA 2006 28
Saisonale Abhängigkeit der Energienachfrage Index [%] 200 150 100 Anthropogener Energieumsatz Index [%] 200 150 100 Industrie Verkehr 50 50 0 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 [%] 200 150 100 Haushalt Index [%] 200 150 100 Kleinverbrauch 50 50 0 0 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
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
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
Wichtige Rechengrößen des Facility Management Standortbewertung Verkehrswert, Immobilienbewertung Wertansätze (WertV `88), ex post ex ante Einflussfaktoren auf Preise Verrechnungspreise marktorientiert, kostenorientiert, verhandelt (Aufwand ) 35