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 www.ippt.tugraz.at
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
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
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
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
Abwärme / Kaltwasser Marienhütte 78 C: 18.000 MWh/Jahr Marienhütte 30 C: 100.000 MWh/Jahr Stamag 22 C: 1.000 MWh/Jahr Lindegas 22 C: 33.000 MWh/Jahr Erber Brunnen 10 C: 8.700 MWh/Jahr
Wirtschaftliche Optimalstruktur Basis: OIB kl. Teil HWB nur Stamag 20 C
Wirtschaftliche Optimalstruktur Basis: NZE kl. Teil HWB nur Stamag 20 C 78 C
Wirtschaftliche Optimalstruktur Erdgaspreis: OIB u. NZE Szenario: Gaspreis von 49 + 4% = 51 (NZE) bzw. + 16% = 57 (OIB) kl. Teil HWB (OIB) größer er (NZE) zusätzl. bei OIB
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)
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) 1. 2. 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
Ökologisches Optimum im Vergleich zu 95 ha Reininghausareal benötigte Fläche: OIB: ca. 5000 bis 8000-fache Fläche für Gebäudeenergieversorgung benötigt NZE: ca. 6000 bis 7000-fache Fläche für Gebäudeenergieversorgung benötigt
Ökologisches Optimum
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
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
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 www.ippt.tugraz.at
ANHANG (BEI BEDARF)
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
Wirtschaftliche Optimalstruktur: Preisgrenzen Energie wird eingekauft (von Investor) Kaltwasser Erber kommt bei: scharfe Preisgrenze (OIB) Opt. /Max. Nutzung (Max.) scharfe Preisgrenze (NZE) < 41 24 19 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.)