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PESI - Paradigmenwechsel im urbanen Energie­system durch Synergiepotentiale mit der Industrie

Analyse der Nutzungsmöglichkeiten industrieller Überschussenergien verschiedener Form (Abwärme, Abwasser, Abfall) sowie regenerativer Energieträger im industriellen Bereich (Solaranlagen auf Dachflächen) in angrenzenden urbanen Gebieten, die als Energieschwamm fungieren. Auf Basis realer Verbrauchs- und Verfügbarkeitsdaten wurde ein Simulations­modell erstellt und Möglichkeiten zu Synergien dokumentiert.

Kurzbeschreibung

Kurzfassung

Ausgangssituation/Motivation

Mehr als ein Drittel des Energiebedarfs in Österreich ist dem produzierenden Bereich zuzuordnen. Daher wird hier ein Ansatz gewählt, bei der Industrie die Energienutzung zu erhöhen und somit die Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren.

Inhalte und Zielsetzungen

Industriebetriebe sind nicht nur durch einen hohen Energieeinsatz für die Produktion gekennzeichnet, sondern es fällt parallel zur Produktion Energie z.B. in Form von Abwärme, Abwasser und Abfall, an bzw. können verfügbare Dachflächen zur Gewinnung regenerativer Energie genutzt werden. So weit möglich erfolgt eine Nutzung dieser Energie bereits in den Betrieben selbst. Der nicht im Betrieb nutzbare Anteil steht jedoch grundsätzlich für eine externe Nutzung zur Verfügung. Hier sollte aber ein Paradigmenwechsel angedacht werden. Anstatt diese Energie ungenutzt an die Umgebung abzugeben, kann man sie in der nahegelegenen Stadt oder urbanen Region verwenden. Die Stadt fungiert somit als Energieschwamm und saugt die überschüssige Energie von Industriebetrieben auf. Damit erhöht sich auch die Energieeffizienz. Die Energie wird nicht nur wirtschaftlich sondern auch energetisch sinnvoll eingesetzt.
Im Projekt werden die Strom-, Kälte- und Wärmeerzeugung aus industrieller Abwärme, warmem Industrieabwasser, industriellem Abfall und die energetische Flächennutzung betrachtet, Potentiale erhoben und Synergien mit dem urbanen Energiebedarf ermittelt. Betrachtet werden hierbei konkret vier Städte in Kombination mit den lokalen Industriebetrieben in der Region Murtal: Zeltweg, Fohnsdorf, Knittelfeld und Judenburg.
Das Projekt weist folgende Kernzielsetzungen auf:

  • Schaffung einer Datenbasis
  • Erstellung eines Simulationsmodells um die Integration von industrieller Energie in einer Stadt repräsentativ darzustellen
  • Analyse der ökonomischen und ökologischen Fragestellungen

Methodische Vorgehensweise

Zu Beginn wurden energieintensive Industriebranchen in der Steiermark bzw. in Österreich identifiziert. Anhand dieser erfolgte die Auswahl der Industriebetriebe in den Projektregionen und die Datenrecherche. Sowohl für die Industrie, als auch für die Städte wurden die nötigen Daten recherchiert, erfasst und passend aufbereitet.
Anschließend wurde das auf Gleichungen basierte Simulationsmodell erstellt und die Industriebetriebe und die Stadt abgebildet. Das Simulationsmodell wurde so gestaltet, dass es je nach Bedarf an verschiedene Größenordnungen angepasst werden kann. Die Simulation wurde für alle vier Städte durchgeführt und mittels Evaluierungsschleifen wurde das Modell verfeinert.

Basierend auf den Ergebnissen der technischen Simulation und der Datenrecherche wurde die ökonomische Analyse nach VDI 2067 durchgeführt. Anhand verschiedener Szenarien wurden verschiedene Fördersysteme mit in die Analyse eingebunden. Die Auswirkungen von Preisschwankungen und zukünftigen Entwicklungen wurden in einer Sensitivitätsanalyse betrachtet.

Die ökologische Bewertung besteht aus zwei Teilen: Die quantitative Bewertung betrachtet die Auswirkungen der Nutzung von industrieller Energie (Definition siehe Kapitel 1) auf die CO2 Emissionen. Die qualitative Bewertung analysiert nicht messbare Umweltauswirkungen.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Es konnte festgestellt werden, dass insgesamt bis zu 32% des Gesamtendenergiebedarfs der untersuchten Städte durch industrielle Energie gedeckt werden kann. Dies führt zu einer Reduzierung der extern und intern für die urbanen Gebiete bereitzustellenden Endenergieträger Strom und Wärme. Außerdem kann fast die gesamte Menge der anfallenden industriellen Energie in dem Energiesystem der Stadt integriert werden. Nur wenige Stunden im Jahr und in geringer Höhe besteht ein Überangebot durch industrielle Energie.

Umsetzungen zur Nutzung von industriellem Strom sind ohne den Erhalt von Einspeisetarifen nicht wirtschaftlich. Die Umsetzung von PV-Anlagen ist generell mit geringem Aufwand verbunden. Die Stromgestehungskosten werden größtenteils durch die Kosten der PV-Module beeinflusst. Umsetzungen zur Nutzung von industrieller Wärme sind auch ohne Investitionsförderungen wirtschaftlich. Die Wärmegestehungskosten werden am meisten von den Kosten für Strom, der für den Betrieb der Fernwärmepumpen und der Wärmepumpen benötigt wird, beeinflusst.
Abhängig von dem Anteil an direkt nutzbarer Wärme und Wärme, die über Wärmepumpen genutzt wird, sinken die CO2 Emissionen und der Verbrauch an Primärenergie. CO2 Einsparungen von bis zu 20% im Vergleich zur aktuellen Versorgung können verzeichnet werden.

Die Nutzung industrieller Energie führt zu einer deutlichen Erhöhung der Energieeffizienz für die Industriebetriebe, zur Reduktion von CO2 Emissionen und des Bedarfs an Primärenergie, reduziert die Abhängigkeit von externen Energielieferanten und erhöht somit die Versorgungssicherheit.

Ausblick

Im Zuge des Forschungsprojektes wurden vier für Österreich charakteristische Städte hinsichtlich ihres energetischen Synergiepotenzials mit der Industrie untersucht. Durch kleine Adaptierungen kann das entwickelte Modell für andere Städte angepasst werden. Eine Generalisierung über die Höhe des Synergiepotenzials für Städte in derselben Größenordnung ist jedoch mit einer Unsicherheit behaftet, die durch Erhöhen der Anzahl von untersuchten Städten reduziert werden kann.

Die untersuchten Projektregionen sind in unmittelbarer Nähe zueinander. Der Zusammenschluss von Verbrauch und Angebot über die Stadtgrenzen hinaus würde die Möglichkeit bieten, die Synergieeffekte zu erhöhen und etwaige Angebotsspitzen zu reduzieren.

Das kurzfristige Überangebot, das sich aus der Stromerzeugung ergibt, kann entweder in das allgemeine öffentliche Netz eingespeist, in geeigneten Komponenten gespeichert oder für Hybridisierung verwendet werden. Dort wird das Überangebot an Strom nicht in das Stromnetz abgegeben, sondern z.B. zur Wärmeerzeugung (power2heat) genutzt. Ein Vergleich der beiden Varianten ist durchzuführen.

Publikationen

PESI - Paradigmenwechsel im urbanen Energie­system durch Synergiepotentiale mit der Industrie

Analyse der Nutzungsmöglichkeiten industrieller Überschussenergien verschiedener Form (Abwärme, Abwasser, Abfall) sowie regenerativer Energieträger im industriellen Bereich (Solaranlagen auf Dachflächen) in angrenzenden urbanen Gebieten, die als Energieschwamm fungieren. Auf Basis realer Verbrauchs- und Verfügbarkeitsdaten wurde ein Simulations­modell erstellt und Möglichkeiten zu Synergien dokumentiert. Schriftenreihe 32/2018
M. Theissing, K. Karner, M. Rogetzer, J. Bärnthaler, Herausgeber: BMVIT
Deutsch, 69 Seiten

Downloads zur Publikation

Projektbeteiligte

Projektleitung

FH JOANNEUM, Institut für Energie-, Verkehrs- und Umweltmanagement
DI Dr. Matthias Theißing

ProjektpartnerInnen

DI Josef Bärnthaler - Energieagentur Obersteiermark

Kontaktadresse

FH JOANNEUM Kapfenberg
Institut für Energie-, Verkehrs- und Umweltmanagement
Matthias Theißing
Werk-VI-Strasse 46a
A-8605 Kapfenberg
Tel.: +43 (3862) 33600-8382
Fax: +43 (3862) 33600-8381
E-Mail: matthias.theissing@fh-joanneum.at
Web: www.fh-joanneum.at

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