Zukunft ressourcengeführte KVA - OST

Zukunft ressourcengeführte KVA Masterarbeit MAS Ressourcen und Energieeffizienz FHO Alfred Rudin

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Masterarbeit | Alfred Rudin | 30. März 2016

Inhaltsverzeichnis

1. Zusammenfassung 4

2. Grundlagen 6

2.1. Ausgangslage 6 2.2. Adressaten 7 2.3. Organisation 7 2.4. Erklärung der Selbstständigkeit 7

3. Ziele der Masterarbeit 8

4. Produkte und Leistungen der Masterarbeit 9

4.1. Produkte 9 4.2. Vorgehen 9 4.3. Ressourcen 10 4.4. Zeitplan 10

5. Umfeld und Abgrenzung 12

5.1. Untersuchte Anlagen 12 5.2. Prozess-Abgrenzung 13

6. Anforderungen 14

6.1. Anforderungen an die ausgewählten Projekte 14 6.2. Anforderungen an die Kenngrössen 14 6.3. Anforderungen an die Bewertungen 14 6.4. Anforderung an die Resultate 15

7. Modellierung des Hauptprozesses 16

7.1. Bereits beschriebene Modelle 16 7.2. Neues Ressourcen-Modell 17

8. Kennwertmodell 19

8.1. Aufbau neues Modell 19 8.2. Basis für das Kennwertmodell 20 8.2.1. Energetische Netto Effizienz ENE 20

8.2.2. Ökologische Effizienz (Life Cycle Assessment LCA) 20

8.2.3. Wirtschaftliche Effizienz 20

8.2.4. Gesamtbeurteilung 20 8.3. Kennwertmodell 21

9. Projektübersicht und Vorauswahl der Anlagen 23

10. Datenerhebung 25

10.1. Erhebung mittels Fragebogen versus Ermittlung der Daten über relevante Berichte 25 10.2. Definition der Systemgrenzen 25

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11. Berechnungstool 26

11.1. Berechnungsgrundlagen für die Energieeffizienz 27 11.2. Berechnungsgrundlagen für die Ökobilanz 27 11.3. Datenbasis für die Analysen 28 11.4. Eingabemaske 29 11.4.1. Grundangaben und exportierte Energien 29

11.4.2. Importierte Energien 30

11.4.3. Hilfsstoffe, Betriebsmittel und Emissionen 31

11.4.4. Rest- und Wertstoffe 32

11.4.5. Wirtschaftliche Kennwerte 33

11.4.6. Sensivitäten und Projektzielwerte 34 11.5. Ökobilanz – Ermittlung der Zielerreichung 34 11.6. Berechnung der Energetischen Netto Effizienz 35 11.7. Wirtschaftlichkeitsberechnung 35 11.8. Resultate 36 11.9. Offene Punkte 38

12. Auswertungen der Projekte 39

12.1. Projektübersicht auf den Anlagenbereich 39 12.2. Grundlegende Projekttreiber in diesen vier Projekten 40 12.3. KVA Winterthur - Saisonspeicher für Brenngut Deponie Riet 41 12.4. KVA Buchs AG – Ersatz der Ofenlinie 3 43 12.5. KVA Buchs AG – Externer Economiser (ECO) 45 12.6. KVA Thun – Fernwärmeerweiterung ALC-T und ARA Thunersee 47 12.7. Stärken / Schwächen – Analyse über alle Projekte 49 12.8. Erfüllung der übergeordnete Anforderungen an die Projekte 50 12.9. Eigenbeurteilung durch die Anlagen 50

13. Zielerreichung und persönliches Fazit 51

14. Quellen und weiterführende Informationen 53

15. Glossar 55

16. Anhänge 56

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1. Zusammenfassung

In praktisch allen der 30 KVA der Schweiz wurden in den letzten Jahren Effizienzprojekte realisiert, einige Anlagen nutzen hierbei einen Standortvorteil, andere haben ganz bewusst mit neuen innovativen Ansätzen an ihrer Leistungsfähigkeit gearbeitet. Die Einordung dieser Projekte und ihre Vergleichbarkeit sicher zu stellen, ist der zentrale Ansatz dieser Masterarbeit. Eine erste Recherche hat über 40 aktuelle Projekte und Mass-nahmen in 15 KVA ergeben - eine eindrückliche Zahl.

Um die Bewertung und Analyse dieser Projekte auf einer belastbaren Basis aufzubauen, habe ich auf zwei bereits existierende Bewertungssystematiken zurückgegriffen. Dies ist einerseits die Ermittlung der Energeti-schen Netto Effizienz ENE1 und andererseits die ökologische Bewertung der Anlagen auf Basis des neu ent-wickelten Star-Labels des VUE2 für Kehrichtverwertungsanlagen. Diese beiden Systematiken wurden in einen sauberen Bezugsrahmen gesetzt, der sie zusammenführt und mit einer Wirtschaftlichkeitsberechnung er-gänzt.

Die Grundlage für dieses Vorgehen war eine detaillierte Analyse der Prozesse sowie aller relevanten Res-sourcenströme innerhalb dieser Prozesse und ihre Zuordnung zu den einzelnen Bewertungsbereichen. Dazu wurde auf Basis bestehender Modelle ein neues Ressourcenmodell entwickelt, welches den aktuellen Ver-hältnissen der Anlagen angepasst ist, insbesondere was die Speicherung von Energien und Stoffen sowie die Nutzung weiterer Ressourcen aus den Reststoffen betreffen.

Die laufende Anpassung des Berechnungstools an die vier realen Anlagen, die im Rahmen dieser Masterar-beit analysiert wurden, stand neben dem Aufbau des Tools im Zentrum der Entwicklungsphase. Die Benutzer-oberfläche ist eine Eingabemaske, die so detailliert ist, dass eine genaue Bewertung möglich ist, aber soweit vereinfacht wurde, dass die Eingabe mit einem vertretbaren Zeitaufwand geschehen kann und auch für alle Anlagen einheitlich ist. Ein Vergleich mit den bestehenden komplexen Berechnungen der Energieeffizienz der einzelnen Anlagen hat trotz dieser Vereinfachungen nur minimale Abweichungen ergeben. Die Ausgabe der Daten erfolgt in einer verdichteten und sehr übersichtlichen Form und erlaubt den schnellen Vergleich einzel-ner Projektvarianten in den Hauptdimensionen Energieeffizienz, Umwelteffizienz und Wirtschaftlichkeit.

Abbildung 1: Zielerreichung des Musterprojekts mit Sensivitäten

Nach der Entwicklung des Bewertungstools stand die Analyse der Projekte in vier Anlagen im Zentrum. Hierfür wurden bei jeder Anlage die entsprechenden Daten erhoben und bei den vorgestellten vier Projekten die offe-nen Punkte in zwei bis drei Sitzungen geklärt.

Projekt 1: KVA Winterthur – Saisonspeicher für Brenngut Deponie Riet Projekt 2: KVA Buchs AG – Ersatz der Ofenlinie 3 Projekt 3: KVA Buchs AG – Nachrüstung eines externen Economisers (ECO) in der Ofenlinie 1

1 Feststellung und Anwendung des „Standes der Technik“ für die Energienutzung in KVA, AWEL, Zürich, V1.7; 22.11.2011 2 Ökobilanzkriterien des Labels Recycling Star, Laura Tschümperlin, Rolf Frischknecht, treeze Ltd. im Auftrag des VUE, Zürich, 15. Juni 2015

0%

20%

40%

60%

80%

100%Energieeffizienz

Umwelteffizienz

WirtschaftlichkeitPayback

Projektrelevanz

Musterprojekt bei 90% Wirkungsgrad



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Projekte 4a,b und c: KVA Thun – Fernwärmeerweiterung ALC-T und ARA Thunersee

Die Analyse der einzelnen Projekte zeigt das grosse Potenzial, das es zu nutzen gilt. Die Bandbreite der Pro-jekte von der Energiespeicherung in Form von Ballen am Anfang des Prozesses über die Optimierung der thermischen Anlage bis zur Erweiterung des Energieabsatzes durch den Ausbau des Fernwärmesystems zeigt, dass mit dieser Systematik ganz unterschiedliche Projekte miteinander verglichen und auf einer einheit-lichen Basis bewertet werden können. Auch die unterschiedliche Grösse der Projekte von wenigen Millionen bis zu einer Gesamterneuerung von über 100 Mio. Franken konnte mit einer einfachen Herleitung des Zielwer-tes für die Effizienzverbesserung gelöst werden. Alle Anlagen vergleichen sich hierbei mit einer Referenzanla-ge mit 200‘000Tonnen verbranntem Abfall pro Jahr, die mit einem Projekt von CHF 10 Mio. eine Effizienzver-besserung von 4% erreicht hat. Mit diesem Bezugssystem ist es gelungen, Äpfel mit Birnen und selbst mit grossen Kürbissen zu vergleichen, und dies auf eine Art und Weise, die von allen Projektträgern verstanden und akzeptiert wurde.

Die Bewertung der vier vorgestellten Projekte wurde mit den Anlagen besprochen und ergab eine hohe Über-einstimmung in der Beurteilung. Dank dieser Situation kam es dann zu weiteren Überlegungen, die zum Teil in Form von Projektvarianten und Sensivitäten eingeflossen sind. Grundsätzlich erfüllen alle Projekte die an sie gestellten Erwartungen, aber es gibt auch aufsichtsrechtliche und strategische Überlegungen, die in die Be-wertung einzubeziehen sind. Dies zeigt, dass alle Projekte machbar, aber unter bestimmten Rahmenbedin-gungen nicht immer optimal sind.

Abschliessend möchte ich mich bei allen Beteiligten für ihre Unterstützung bedanken. Ohne die Unterstützung durch Dr. Ueli Büchi, die Begleitung von Sandra Moebus und Urban Frei und ohne die ausserordentlich gute Zusammenarbeit mit den Verantwortlichen der Anlagen, insbesondere Harald Wanger, Urs Zimmermann und Roman Friedrich wäre es nicht gelungen, diese Aufgabe zu meistern.

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2. Grundlagen

2.1. Ausgangslage

Zwei Berichte sind in den letzten fünf Jahren erschienen, die für mich exemplarisch die zukünftigen Heraus-forderungen für eine schweizerische Kehrichtverwertungsanlage (KVA) aufzeigen. Als erstes ist dies der Schlussbericht „Die Zukunft leitungsgebundener Energieversorgungssysteme“3, der in eindrücklicher Weise aufzeigt, mit welchen Veränderungen Fernwärmeversorgungen in der Zukunft zu rechnen haben. Der erwarte-te Rückgang bei den bestehenden Energiebezügern wird bis 2050 in einem realistischen Szenario zwischen 20% und 50% betragen. Die zweite für mich prägende Veröffentlichung ist der Schlussbericht „Transformation der Abfallverwertung in der Schweiz für eine hohe und zeitlich optimierte Energieausnutzung“4, die aufzeigt, welche Mechanismen die Zukunft der Abfallverwertung beeinflussen können und welche Faktoren die optimale Positionierung der ther-mischen Abfallverwertung in diesem Gesamtszenario bestimmen. Beide Dokumente zeigen eines ganz klar auf: Die Zukunft kommt nicht einfach, sie wird gemacht. Schon heu-te wissen wir, was morgen sein wird, und nun ist es an uns, diese Zukunft zu gestalten. Dabei ist der nachhal-tige Umgang mit Ressourcen ein zentrales Thema. In Kehrichtverwertungsanlagen war dies bereits ein Gebot der ersten Stunde, und so wurde in der KVA Jo-sefstrasse schon vor über 100 Jahren Strom mit einer Dampfturbine erzeugt. Im Jahr 1928 wurde dann rund um die Josefstrasse das erste Fernwärmenetz aufgebaut. Auch der Schadstoffausstoss war ab diesem Zeit-punkt ein Thema. Zu Beginn ging es nur um die Staubemissionen, heute werden in allen KVA die Rauchgase aufwändig behandelt, um alle Schadstoffe zurückzuhalten. Ist die ressourcengeführte KVA also ein bereits lang bekanntes Modell? Ja und nein – ja, weil es schon seit längerem Anlagen gibt, die effizient mit den Ressourcen umgehen und nein, weil noch bis vor kurzem der Entsorgungsauftrag und nicht die maximale Effizienz im Zentrum stand. Nach wie vor müssen die Anlagen ein gewisses Mass an Entsorgungssicherheit leisten, sind also nicht frei von dieser hoheitlichen Aufgabe, aber heute sehen sich viele KVA als Kraftwerke und nicht mehr nur als Verwertungsanlagen.

Die Leistungsfähigkeit der thermischen Anlage und der effiziente Umgang mit allen Stoff- und Energieströmen sind damit ins Zentrum gerückt. Die Aufsichtsbehörden haben neue Regelungen erlassen, wonach eine Anla-ge einen bestimmten Effizienzgrad erreichen muss. Vergleicht man jedoch die verschiedenen Anlagen, gibt es immer noch grosse Unterschiede. Viele haben an ihrer Leistungsfähigkeit gearbeitet, andere sind erst gerade daran, die geforderten Effizienzwerte zu erreichen.

Einige der bereits umgesetzten Projekte sind sehr standortspezifisch, können also nicht auf andere Anlagen übertragen werden. Nicht jede KVA hat den Vorteil, eine Papier- oder Kartonfabrik in ihrer Nachbarschaft zu haben. Viele Projekte sind jedoch auch auf andere Anlagen übertragbar, oft fehlen den anderen Betreibern aber das Wissen darüber und die Zeit, diese anzuschauen und zu bewerten.

Die realisierten Projekte decken alle Bereiche des Verwertungs- und Energieerzeugungsprozesses ab. Dies beginnt mit der zeitgerechten Versorgung der Anlagen mit Abfällen. Im Zentrum stehen die optimale Energie-nutzung und die Verminderung von Produktionsverlusten. Am Schluss kommen die Rückgewinnung von Re-cycling-Metallen aus den Verbrennungsrückständen sowie die Verminderung von Schadstoffen.

Daraus ergeben sich die verschiedenen Handlungsfelder, die die Betreiber einer Anlage immer wieder auf Verbesserungspotenziale überprüfen müssen:

• zeitgerechte Versorgung mit Abfällen • Erhöhung der spezifischen Energieproduktion und des Austrags von Wertstoffen • Optimierung des Energieabsatzes • Vermeidung von Verlusten und Schadstoffbelastungen

3 Die Zukunft leitungsgebundener Energieversorgungssysteme, Schlussbericht, Bundesamt für Energie BFE, econcept AG, Bern, 3. Mai 2011 4 Transformation der Abfallverwertung in der Schweiz für eine hohe und zeitlich optimierte Energieausnutzung, Schlussbericht, Bundes-amt für Energie BFE, econcept AG und Rytec AG, Bern, 30. Juni 2014

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2.2. Adressaten

Adressaten dieser Masterarbeit sind die Entscheidungsträger in den Geschäftsleitungen und den Trägerschaf-ten der KVA. Die Arbeit soll ihnen eine Übersicht über die Projekte im Effizienzbereich geben und vertiefte Informationen zu den einzelnen Projekten beinhalten. Insbesondere soll mit dieser Arbeit aber auch aufgezeigt werden, dass verschiedene Projektideen miteinander verglichen werden können.

2.3. Organisation

Student Alfred Rudin

Auftraggeber Zürcher Abfallverwertungs AG

Kontaktpersonen Dr. Ueli Büchi, Verwaltungsratspräsident Zürcher Abfallverwertungs AG

Betreuer Urban Frei, Rytec AG

Co-Lektor Dr. Hanspeter Fahrni, ehemaliger Leiter der Abteilung Abfall und Rohstoffe im Bundesamt für Umwelt

Studiengangleitung Dipl.-Ing. Sandra Moebus, Institut WERZ, Hochschule für Technik Rapperswil

2.4. Erklärung der Selbstständigkeit

Hiermit bestätige ich, dass ich die vorliegende Arbeit selber und ohne fremde Hilfe durchgeführt habe, ausser derjenigen, welche explizit beschrieben sind, dass ich sämtliche verwendeten Quellen erwähnt und gemäss gängigen wissenschaftlichen Regeln korrekt zitiert habe, und dass ich keine durch Copyright geschützten Materialien (z.B. Bilder) in dieser Arbeit in unerlaubter Weise genutzt habe.

Alfred Rudin

Fällanden, den 30. März 2016

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3. Ziele der Masterarbeit

Heute bereits eingesetzte und zukünftig angedachte technische und organisatorische Massnahmen zur Stei-gerung der Energie- und Ressourceneffizienz von KVA sollen aufgezeigt sowie energetisch, ökologisch und ökonomisch bewertet und einander gegenübergestellt werden.

Die Auswahl der Massnahmen erfolgt in den verschiedenen Handlungsfeldern. Dabei soll die Bewertung und Gegenüberstellung aufzeigen, welche Massnahmen einen deutlichen Beitrag zur Verbesserung der Effizienz ergeben und welchen Kosten, Umweltauswirkungen und Abhängigkeiten dabei entstehen.

Die Ziele der Masterarbeit sind:

• einen Überblick und Benchmark über die aktuellen Projekte geben Viele Anlagenbetreiber haben keine Übersicht über die vielen Projekte, die bereits realisiert wurden. Das vorhandene Wissen ist oft über verschiedenen Exponenten in den Anlagen verteilt, die die Pro-jekte jeweils aus Sicht ihres Verantwortungsbereichs wahrnehmen.

• die Wirkung der Projekte und die dafür notwendigen Erfolgsfaktoren aufzuzeigen Die Beurteilung der Wirkung ist oft schwierig, da die Resultate nicht alle für die Beurteilung notwendi-gen Bereiche abdecken (Effizienz, Ökonomie, Ökologie). Die erforderlichen Erfolgsfaktoren, Voraus-setzungen und Anforderungen, die an das Projekt gestellt werden, sind oft nicht bekannt oder werden nicht publiziert.

• die Vergleichbarkeit der Projekte sicherzustellen Oft erlauben die publizierten Informationen nur bedingt einen Vergleich mit anderen Projekten. Die veröffentlichten Resultate nehmen zu wenig Bezug auf eingesetzte Ressourcen, Umgebungsbedin-gungen oder gesetzte Anforderungen.

Zielsetzung Wirkungsumschreibung Wirkungsindikatoren

Überblick über aktuelle Effizienz-projekte

Informationen zu den wichtigen Effizienzprojekten sind den Schweizer Anlagenbetreibern zugänglich.

Alle wichtigen Effizienzprojekte wur-den erfasst, die Auswahl der bewerte-ten Projekte ist nachvollziehbar. Der Bericht dient als Grundlage zur eigenen mittelfristigen Planung.

Aufzeigen der Wirkung und not-wendiger Erfolgsfaktoren

Die Informationen decken alle Parameter ab, die für die Beur-teilung notwendig sind. Anfor-derungen werden ausgewie-sen.

Die Beschreibung der Projekte und die Bewertung sind verständlich, die Parameter decken alle geforderten Bereiche ab. Die Daten können einfach auf die Verhältnisse der verschiedenen An-lagen adaptiert werden

Vergleichbarkeit der Projekte

Die Systematik der Bewertung erlaubt einen einfachen Ver-gleich in den zentralen Para-metern.

Der Vergleich ist sauber strukturiert und beschränkt sich auf die vorher festgelegten Parameter. Die eigene Effizienz kann einfach in Bezug gesetzt werden.

Tabelle 1: Übersicht über die Zielsetzungen der Masterarbeit

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4. Produkte und Leistungen der Masterarbeit

4.1. Produkte

Die folgenden Produkte, die insbesondere in der Richtlinie Masterarbeit(1) beschrieben sind, werden erarbeitet:

Produkte Quantitative Indikatoren Qualitative Indikatoren

Arbeitsplanung – Pflichtenheft

- Schriftliches Pflichtenheft - Vorstellung an der ersten

Zwischenbesprechung

- Klar definierter Auftrag - Sauberer Ablauf inkl. Zeitplanung und Ressour-

cen - Anforderungen an die vorgestellten Projekte,

deren Bewertung und die Resultate

Bericht - Schriftlicher Bericht, mit Ma-nagement Summary und Selbständigkeitserklärung

- Technische Betrachtung - Wirtschaftliche Betrachtung - Ökologische Betrachtung - Drei gedruckte und gebun-

dene Exemplare mit CD - Besprechung anlässlich der

mündlichen Prüfung

- Klarer Aufbau, nachvollziehbar und gut struktu-riert

- Saubere Quellenangaben und Verweise - Relevanz, Überprüfbarkeit und Eigenständigkeit - Gesicherte Grundlagen referenzieren - Arbeitshypothesen aufstellen, darlegen, wo heu-

ristisch vorgegangen wird - Messergebnisse genau dokumentieren und

nachvollziehbar darstellen - Leicht nachvollziehbare, schlüssige Gedanken-

kette - Folgerungen und persönliche Wertungen

Publikations-zusammen-fassung

Schriftliche Zusammenfas-sung, ca. eine A4-Seite

- Zusammenfassung der Masterarbeit ohne private Informationen

Abschluss schriftliche Beurteilung durch den Betreuer

Erläuterung durch die Betreuungsperson im Rahmen eines Abschlussgespräches

Tabelle 2: Übersicht über die Produkte der Masterarbeit

4.2. Vorgehen

Die Masterarbeit gliedert sich in vier Phasen, die über sechs Monate abgearbeitet werden.

Grundlagen • Erarbeitung des Pflichtenhefts • Erarbeitung des Beurteilungsrasters • Erarbeitung des Datenerhebungs- und Interview-Leitfadens • Recherche der Massnahmen bei Anlagenbetreibern und -herstellern • Benchmark-Analyse

Entwicklung • Gliederung des Hauptprozesses und Zuweisung der einzelnen Massnahmen zu den entsprechenden

Prozessschritten • Verifizierung des Beurteilungsrasters • Auswahl geeigneter Massnahmen

Bewertung • Technische, ökologische und ökonomische Bewertung • Gegenüberstellung

Synthese • Zusammenfassung • Ausblick

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4.3. Ressourcen

Für eine bestandene Masterarbeit werden 12 ECTS Kreditpunkte vergeben, was einem Arbeitsaufwand von 360 Stunden entspricht5.

Die Stunden werden wie folgt eingesetzt:

Phase 1 – Grundlagen: 100 Stunden Phase 2 – Entwicklung: 150 Stunden Phase 3 – Bewertung: 70 Stunden Phase 4 – Synthese: 40 Stunden

4.4. Zeitplan

Für die Durchführung der Masterarbeit stehen sechs Monate zur Verfügung6.

In der Masterarbeits-Vereinbarung7 wurden folgende Termine festgelegt:

• Annahme der Projektskizze und Start der Masterarbeit 30. September 2015 • Abgabe des Pflichtenhefts 28. Oktober 2015 • Abgabe des Berichts 31. März 2016 • Abgabe der Publikationszusammenfassung 8. April 2016 • Mündliche Prüfung 2. Mai 2016 • Schlussbesprechung 20. Mai 2016

Folgende Zwischenbesprechungen wurden vereinbart:

• Erste Zwischenbesprechung 2. November 2015 • Zweite Zwischenbesprechung 11. Dezember 2015 • Dritte Zwischenbesprechung 12. Februar 2016

5 Richtlinie Masterarbeit MAS FHO, Version 01/2015 6 Auszug aus der Richtlinie Masterarbeit MAS FHO, Version 01/2015 7 Masterarbeits-Vereinbarung MAS in Energie und Ressourceneffizienz Alfred Rudin vom 29.09.2015

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Auf der Grundlage des Vorgehens, der Projektphasen sowie der vereinbarten Termine ergibt sich folgender Zeitplan:

Tabelle 3: Zeitplan Masterarbeit

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5. Umfeld und Abgrenzung

5.1. Untersuchte Anlagen

In der Schweiz gibt es derzeit 30 Kehrichtverwertungsanlagen. Davon erfüllen 21 die Vorgaben des „Energie-nutzungsgrads nach EnV“ 8 9 und 13 die höheren Anforderungen des AWEL an die Energetische Netto Effizi-enz ENE 10 mit einem Grenzwert von 0.65. Alle Anlagen produzieren Strom und Wärme, wobei der höchste Stromnutzungsgrad bei 25.2%, der tiefste bei 4.7% liegt. Der höchste Wärmenutzungsgrad lag im Jahr 2014 bei 67.5%, der tiefste bei 4.2%. Gerade beim Stromnutzungsgrad überraschen die grossen Unterschiede, beim Wärmenutzungsgrad sind diese auch stark von den Standortgegebenheiten abhängig.

In den Rückständen des Verbrennungsprozesses befinden sich sowohl wertvolle wie auch problematische Stoffe. Die Separation und Rückgewinnung dieser Stoffe hat deshalb ökologische und ökonomische Auswir-kungen. Zurzeit werden rund 50% der Flugasche in einer Flugaschenwäsche FLUWA gewaschen. Der bei der Wäsche entstandene Hydroxidschlamm besteht aus rund 20% Zink, das zurückgewonnen werden kann. In der Rostschlacke befinden sich ebenfalls rund 8% Metalle, die ebenfalls zurückgewonnen werden. Beide Rückgewinnungsprozesse sind in der Schweiz in verschiedenen Anlagen bereits umgesetzt worden, aber eine flächendeckende Realisierung steht noch aus.

Abbildung 2: KVA-Standorte in der Schweiz (vergl. VBSA Website11)

Insbesondere Projekte aus diesen 30 Anlagen werden berücksichtigt. Sollte es Projekte einzelner Anlagen-hersteller geben, die die Umsetzungsreife für die Schweiz erreichen und im Rahmen dieser Masterarbeit be-sonders relevant sind, werden auch diese wenn zeitlich möglich einbezogen.

Nicht berücksichtigt werden andere Verwertungsanlagen, wie z.B. Zementwerke oder Biomasseanlagen. Ebenfalls werden Anlagen, die Abfälle nicht mit einem thermischen Prozess behandeln, nicht untersucht, wie z.B. Müllbehandlungsanlagen MBA oder Sortier- und Recyclinganlagen.

8 Quelle: Einheitliche Heizwert- und Energiekennzahlenberechnung der Schweizer KVA nach europ. Standardverfahren, Resultate 2014 9 Vorgabe für den Energienutzungsgrad, Energieverordnung EnV vom 7. Dezember 1998 10 Feststellung und Anwendung des „Standes der Technik“ für die Energienutzung in KVA, AWEL, 2011 11 Website Verband der Betreiber Schweizer Abfallverwertungsanlagen, http://vbsa.ch/anlagegruppen/kva/

P

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5.2. Prozess-Abgrenzung

Die Masterarbeit betrachtet den zentralen Verwertungsprozess, der nach der Sammlung beim Erzeuger be-ginnt und mit der Behandlung und Nutzung der anfallenden Energie und Reststoffe endet.

Hierzu gehören insbesondere folgende Prozessschritte:

• Lagerung der Abfälle in Bunkern und Zwischenlagern • Verwertung der Abfälle im zentralen thermischen Prozess • Energieerzeugung • Abwärmenutzung • Rauchgasbehandlung • Reststoffaustrag und nachfolgende Ausschleusung von Wert- und Schadstoffen • Speicherung der Wärme

In einem ersten Schritt ergibt sich daraus das folgende Prozessschema mit der Systemgrenze:

Abbildung 3: grobes Prozessschema des Verwertungsprozesses

In der Masterarbeit wird dieses Schema verfeinert, und die betrachteten Massnahmen werden den einzelnen Prozessschritten zugewiesen. Wichtig ist das alle relevanten Ressourcen-Ströme identifiziert werden, die Auswirkungen auf die energetische, ökologische und wirtschaftliche Leistung der Anlage haben.

Die Systemgrenze ist gerade im Bereich der Fernwärme nicht bei jeder Anlage identisch, das Prozessschema muss in insbesondere in diesem Bereich so aufgebaut sein, dass alle Erträge resp. Gutschriften und alle Kos-ten resp. Belastungen dem analysierten Projekt zugeschrieben werden können.

Sammlung und Trans-

port

Lagerung / Bunker

Thermische Abfall-

verwertung

Wärme Speiche-

rung

Verluste Abwärme-nutzung

Strom

Fernwärme

Verluste

Reststoffe Reststoff-behandlung

Rückstände

Systemgrenze

Energie-erzeu-gung

Rauchgase Abwärme-nutzung Verluste

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6. Anforderungen

Die untersuchten Projekte, die dafür eingesetzte Bewertung und die Resultate müssen den definierten Anfor-derungen genügen. Hierfür müssen in einem ersten Schritt die grundlegenden Anforderungen resp. Parameter definiert werden, und die ausgewählten Projekte müssen diese erfüllen. Anschliessend werden die für die Bewertung relevanten Kenngrössen identifiziert. Die daraus resultierende Bewertung muss einen Vergleich der verschiedenen Projekte zulassen. Neben den technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Parametern sind auch gesetzliche Anforderungen zu berücksichtigen.

6.1. Anforderungen an die ausgewählten Projekte

Für die betrachteten Projekte gelten folgende Anforderungen (Musskriterien):

• Die Projekte müssen die gesetzlichen Anforderungen erfüllen (legal compliance). • Die den Projekten zugrundeliegende Technik muss erprobt sein (Stand der Technik, SdT). • Die Projektträger willigen ein, die Kennzahlen der Projekte und deren Beurteilung im Rahmen dieser

Masterarbeit öffentlich zu publizieren. • Die Projekte sind bereits umgesetzt oder die Planung ist soweit vorangeschritten, dass sich belastba-

re Aussagen über die Ressourceneffizienz sowie die ökonomische und ökologische Leistung machen lassen.

• Die Projekte müssen sich innerhalb von fünf Jahren umsetzen lassen.

Die Erfüllung folgender Anforderungen ist wünschenswert (Optimierungskriterien):

• Die ausgewählten Projekte decken den gesamten Prozess innerhalb der Systemgrenze ab. • Die Projekte decken alle wesentlichen Ressourcenthemen ab, insbesondere sind dies Abfallversor-

gung, Abwärme, Wärme, Strom und Wertstoffe. • Die Projekte tragen signifikant zur Ressourceneffizienz bei.

6.2. Anforderungen an die Kenngrössen

Für die Kenngrössen gelten folgende Anforderungen (Musskriterien):

• Die Kenngrössen sind in der Schweiz bekannt und beschrieben. • Die Kenngrössen ermöglichen einen objektiven Vergleich der unterschiedlichen Projekte. • Die Kenngrössen beschreiben die Effizienzverbesserung, die ökonomische und ökologische Leistung. • Diese zentralen Kenngrössen sind quantifizierbar.

Die Erfüllung folgender Anforderungen an die Kenngrössen ist wünschenswert (Optimierungskriterien):

• Die Kenngrössen werden wenn möglich gewichtet. • Die Kenngrössen ermöglichen auch einen europäischen Vergleich. • Eine Kenngrösse definiert die Umsetzbarkeit der Projekte in anderen Anlagen. • Eine Kenngrösse definiert die Imagewirkung des Projekts.

6.3. Anforderungen an die Bewertungen

Für die Bewertungen gelten folgende Anforderungen (Musskriterien):

• Die Bewertungen erfolgen aus der Perspektive der Zielgruppe. • Die Bewertungen erfolgen mittels eines beschriebenen Verfahrens und sind nachvollziehbar. • Effizienzverbesserung sowie ökonomische und ökologische Leistung werden einzeln bewertet.


• Verbundwirkungen resp. Rückwirkungen, d.h. die Berücksichtigung der Abhängigkeiten einzelner Pro-zessschritte und deren gegenseitige Beeinflussung im Verbund, sollen bewertet werden.

• Die Gesamtbewertung erfolgt nach einem mit den Projektträgern gemeinsam ermittelten Bewertungs-schlüssel.

• Dieser Bewertungsschlüssel wird auf alle Projekte angewendet.

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6.4. Anforderung an die Resultate

Für die Resultate gelten folgende Anforderungen (Musskriterien):

• Die bewertbaren Resultate decken mindestens folgende Punkte ab: o Ressourceneffizienz o Ökonomische Leistungsfähigkeit o Ökologische Leistungsfähigkeit o Umsetzungsdauer o Investitionsgrösse

• Die beschriebenen Resultate decken mindestens folgende Punkte ab: o Anforderungen o Stärken und Schwächen o Image o Ansprechpartner


• Eigenbeurteilung der Betreiber

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7. Modellierung des Hauptprozesses

7.1. Bereits beschriebene Modelle

Für Kehrichtverwertungsanlagen wurden bereits Modelle entwickelt, die beschriebenen Modelle sind jedoch insbesondere Energiebetrachtungen. Weitere Ressourcen wie Wasser, Betriebsmittel oder Metallerträge wer-den nur am Rande oder gar nicht behandelt. Um eine gute Grundlage für das neue Modell zu haben, orientiert sich das neue Modell an diesen und erweitert sie um die für die Analyse notwendigen Ressourcenströme.

Folgende beiden Berichte bilden die Grundlage für das neue Modell:

„Anleitung mit Checkliste zur Energieoptimierung von Kehrichtverbrennungsanlagen“ BFE, Schlussbericht März 2005, Dr. S. Egli, S&A Engineering AG

Abbildung 4: Energiebilanz Kehrichtverbrennungsanlage

„Einheitliche Heizwert- und Energiekennzahlenberechnung der Schweizer KVA nach europäischem Standardverfahren“, BAFU, 10. Mai 2011, Urban Frei, Rytec AG

Abbildung 5: Allgemeine Systemgrenze KVA mit KEV- Einspeisepunkt (nach Netto-Prinzip)

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7.2. Neues Ressourcen-Modell

Das neue Modell beschreibt alle Ressourcenströme, die in einer KVA einen Beitrag zur Ressourceneffizienz leisten können, unabhängig von ihrer Grösse und Wichtigkeit. Dies sind insbesondere Ressourcenströme in der Form von Energie, einerseits als Verbrauch und andererseits als Produktion. Alle weiteren relevanten Stoffe und Rückstände sind ebenfalls Teil des Modells. Dieses Ressourcenmodell ist die Grundlage für das Berechnungs-Tool.

Am Beginn dieses Ressourcenstroms steht der Energieinput in Form eines Massenstroms aus Abfall sowie Betriebsstoffen und am Schluss die Einspeisung der produzierten Energie in die Verteilnetze (siehe unten „Vereinfachter Ressourcenstrom Energie“).

Aus ökologischer Sicht finden parallel zu den einzelnen Prozessschritten der Energiegewinnung Prozesse statt, die insbesondere Umweltbelastungen verursachen (siehe „Vereinfachter Ressourcenstrom Betriebs- und Reststoffe“). Deren Optimierung erhöht auch die Qualität der Energieproduktion und verbessert die Umwelt-leistung der gesamten Anlage. Diese stark vereinfachte Betrachtung erlaubt in einem nächsten Schritt die Entwicklung des Prozessmodells.

Vereinfachter Ressourcenstrom Energie:

v

Vereinfachter Ressourcen-

strom Betriebs- und

Reststoffe:

Abbildung 6: Stark vereinfachtes Gesamtmodell der Ressourcenströme

Legende

Betrachtungsrahmen der

Energieeffizienz

Brennstoffe/Abfall Abfallbehandlung Dampfproduktion

Produktion Wärme

Produktion Strom

Einspeisung Wärme

Einspeisung Strom

Betriebsstoffe

Rauchgase

Produktionsverluste in Form von Wärme

Feste Rückstände

Behandlung Rückst.

Verlust-Wärme

Hilfsenergie

Reingas-Ausstoss Behandlung Rauchg.

Deponier. Rückst.

Input KVA-Prozesse Output

Betrachtungsrahmen der

ökologischen Effizienz

Verkauf Wertstoffe

Abwärme-Nutzung

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Für die Darstellung des Prozessmodells müssen alle relevanten Energie- und Massenströme betrachtet wer-den, also auch Energieeigenverbräuche und Speicherelemente. Mit der Speicherung von Brennstoff und Energie sind zwei für die Ressourceneffizienz wichtige Prozessbausteine zu berücksichtigen. Die Erzeugung von Wärme im Hilfskessel kann Teil einer KVA sein, muss aber nicht. Da die Reduktion von fossil erzeugter Energie durch den Hilfskessel jedoch in engem Zusammenhang zu anderen Bereichen und Massnahmen steht, ist der Hilfskessel ein Teil des Modells.

Aus diesen Überlegungen ergibt sich das folgende Prozessmodell:

Input Kehrichtverbrennungsanlage Output

Abbildung 7: Prozessmodell der Ressourcenströme in einer KVA

Legende

1 Abfall, Verbrennungsluft und allenfalls Stützbrennstoff 2 Einlagerung resp. Ballierung von Abfällen 3 Bezug aus Abfalllager 4 Strom für Steuerung/Betrieb von der Feuerung/Kessel, insbesondere Primär-/Sekundärluftgebläse 5 Strom für Steuerung/Betrieb von der Energieumwandlung/Turbogruppe 6 Strom für Steuerung/Betrieb von der Rauchgasreinigung 7 Fossiler Brennstoff für den Hilfskessel sowie Strom für Steuerung/Betrieb 8 Strom für Steuerung/Betrieb von der Rückstandbehandlung 9 Strom für Steuerung/Betrieb vom Gebäude und der Infrastruktur 10 Wasser zur Dampferzeugung im Kessel 11 Wasser und Chemikalien für die Rückstandsbehandlung 12 Wasser und Chemikalien für die Rauchgasbehandlung 13 Wasser für das Gebäude und die Infrastruktur 14 Rauchgase in die Rauchgasbehandlung 15 Schlacke und Flugasche in die Rückstandbehandlung 16 Dampf für die Energieumwandlung/Turbogruppe und den Wärmetauscher 17 Aufwärmung Sekundärluft 18 Kondensation über Luftkondensator und Abwärmeverluste 19 Nutzenergie in Form von Strom, Dampf und Wärme 20 Schlamm aus der Rauchgasreinigung in die Rückstandsbehandlung (allenfalls Natriumbicarbonat bei trockenem

Verf.) 21 Gereinigte Rauchgase zum Kamin 22 Wärme und Dampf aus dem Hilfskessel in die Nutzenergie (bei Ausfall Energieumwandlung) 23 Eisen- und Nichteisenmetalle aus der Schlackenaufbereitung sowie allenfalls Zink aus der Flugaschenbehandlung 24 Rückstände /beraubte Schlacke/Flugasche sowie Abwasser) als Reststoffe 25 Abstrahlungsverluste der Nutzenergie (Wärme und Dampf) 26 Strom für Steuerung/Betrieb von der Rauchgasreinigung 27 Strom für Steuerung/Betrieb von der Feuerung/Kessel, insbesondere Primär-/Sekundärluftgebläse 28 Strom für Steuerung/Betrieb von der Energieumwandlung/Turbogruppe 29 Strom für Steuerung/Betrieb von der Rückstandsbehandlung 30 Strom und Wärme für Steuerung/Betrieb des Gebäudes und der Infrastruktur 31 Einlagerung von Wärme in Energiespeicher 32 Verkauf von Dampf, Wärme und Strom 33 Bezug von Wärme aus dem Energiespeicher

Brennstoffe

- Abfall

- Stützbrennstoff

- Verbrennungsluft

Hilfsenergie

- Netzbezug Strom

- Fossile Energie

Betriebsstoffe

- Wasser

- Chemikalien

Feuerung

Kessel

Energie-umwandlung

Turbogruppe/WT

Rauchgas-reinigung

Rückstands-behandlung - Schlacke - Flugasche - Abwasser

Verluste - Rauchgas - Kondensation/Luko - Abstrahlung

Nutz-energie - Dampf - Wärme - Strom

Energie-verkauf - Dampf - Wärme - Strom

Wertstoffe/Metalle

Reststoffe - Schlacke - Flugasche - ABA-Schlamm/Bicarbonat - Chemikalien

Energiespeicherung

Brennstoffspeicherung

Gebäude

Infrastruktur

1

2

3

4

5 6 7

8

9

10 11 12

15

14

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17 18

21

20

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26 27

32 28 29

30 31

33

Hilfskessel Fernwärme

13

22

24

19

25

19


8. Kennwertmodell

8.1. Aufbau neues Modell

Ziel des Kennwertmodells ist es, die Grundlage für ein Berechnungstool zu bilden, das die Anlagen- und Pro-jektleistung in mehreren Dimensionen dokumentiert. Diese Dimensionen sind zum Teil bereits in bestehenden Analyse- und Reportingtools abgedeckt, aber nicht umfassend und auch nicht zusammen auf ein bestimmtes Projekt anwendbar:

• Energieeffizienz des Projekts (ableitbar aus den obigen Berechnungen) • Umwelteffizienz des Projekts (ableitbar aus obigen Berechnungen) • Wirtschaftlichkeit des Projekts (klassische Wirtschaftlichkeitsberechnungen) • Payback (Rückzahlungsdauer des investierten Betrages) • Projektrelevanz (Beurteilung des Projektes als Mittelwert der ersten vier Beurteilungen)

Abbildung 8: Dimensionen der Gesamtbeurteilung

In einem ersten Schritt müssen es die erhobenen Kennwerte zulassen, Aussagen über die fünf Bereiche zu machen, ohne bereits festzulegen, wie die Berechnung der einzelnen Beurteilungspunkte aussieht. Das Pro-zessmodell (Abbildung 7) bilden die Grundlage für die Strukturierung der Kennwerte.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Energieeffizienz

Umwelteffizienz


Projektrelevanz

Gesamtbeurteilung

Ressourceneffizienz

20


8.2. Basis für das Kennwertmodell

8.2.1. Energetische Netto Effizienz ENE

Basis für die Kennwertdefinition der Energetischen Netto Effizienz ist die Systematik gemäss dem Bericht zur Feststellung des „Standes der Technik für die Energienutzung in KVA“12 sowie das Reporting an BFE und BAFU über „Einheitliche Heizwert- und Energiekennzahlenberechnung“13.

Berechnung gemäss dem Bericht zur Feststellung des „Standes der Technik für die Energienutzung in KVA“:

Abbildung 9: Auszug aus dem Bericht zur Feststellung des „Standes der Technik für die Energienutzung in KVA“

8.2.2. Ökologische Effizienz (Life Cycle Assessment LCA)

Basis für die Ermittlung der ökologischen Effizienz ist das Berechnungstool für das Label „Ressorcen Star“14 des VUE.

Abbildung 10: Grundschema für Verwertungs- und Rückgewinnungsanlagen des begleitenden Berichts VUE/Treeze 15

Zur Ermittlung der ökologischen Effizienz sind insbesondere die verkaufte Menge Strom und Wärme sowie die Daten weiterer Produkte resp. Verbräuche (z.B. Chemikalien, Betriebsmittel) notwendig. Auch der Wasserbe-darf, die Emissionen (Luftschadstoffe, Abwasser, Schlacken, Filteraschen, etc.) sowie deren Entsorgungswe-ge sind einzubeziehen.

8.2.3. Wirtschaftliche Effizienz

Zur Ermittlung der wirtschaftlichen Effizienz wird eine dynamische Berechnung durchgeführt.

8.2.4. Gesamtbeurteilung

Weitere Informationen zu den Rahmenbedingungen sind für die Beurteilung notwendig, insbesondere sind dies sicherheitsrelevante, aufsichtsrechtliche, technische und organisatorische Einschränkungen resp. Aufla-gen.

12 Feststellung und Anwendung des „Standes der Technik“ für die Energienutzung in KVA, Zürich, AWEL, 2011 13 Einheitliche Heizwert- und Energiekennzahlenberechnung der Schweizer KVA nach europäischem Standardverfahren, BAFU, Bern,

10. Mai 2011, Urban Frei, Rytec AG 14 Kennwertmodell erstellt durch Laura Tschümperlin, treeze Ltd.im Auftrag des VUE, Zürich, September 2015 15 Ökobilanzkriterien des Labels Recycling Star, Laura Tschümperlin, Rolf Frischknecht, treeze Ltd. im Auftrag des VUE, Zürich, 15. Juni 2015 (Anmerkung: In den Dokumenten wird das Label immer noch unter Recycling Star beschrieben, im Februar 2016 wurde der Arbeits-titel jedoch auf Ressourcen Star geändert. In Grafiken und Quellen können deshalb beide Bezeichnungen vorkommen).

21


8.3. Kennwertmodell

Das folgende Kennwertmodell legt fest, welche Daten erhoben, in einem ersten und zweiten Schritt verarbeitet und in eine oder mehrere der drei Berechnungen (Energetische Netto Effizienz ENE, Ökobilanz LCA, Wirt-schaftlichkeitsberechnung) einfliessen.

Daraus ergib sich folgendes Kennwertmodell:

Erhebungsdaten Erste Ableitung Zweite Ableitung Einfluss auf:

Energetische Kennzahlen Exportierte elektrische Energie ENE/LCA/Wirts. Exportierte Wärmeenergie Dampf Exportierte Energie Energetische Netto ENE/LCA/Wirts. Exportierte Wärmeenergie Fernwärme Effizienz ENE ENE/LCA/Wirts. Importierte Energie Elektrisch ENE/LCA/Wirts. Importierte Energie Gas Importierte Energie Infrastruktur Gutschrift in der LCA ENE/LCA/Wirts. Importierte Energie Öl die nicht zur Dampfprod. dient ENE/LCA/Wirts. Heizwert nach BREF Erlös durch Energie- ENE/LCA Verbrannte Menge Abfall verkauf ENE/LCA/Wirts. Hilfsstoffe/Betriebsmittel Frischwasser LCA/Wirts. Natronlauge LCA/Wirts. NaHCO3 / Natriumbicarbonat LCA/Wirts. Ammoniak LCA/Wirts. Salzsäure Umweltbelastung LCA/Wirts. CaO Betriebsmittelverbrauch LCA/Wirts. Kalkhydrat Ca(OH)2 LCA/Wirts. Salzsole, gesättigt Kosten Betriebsmittel ELCA/Wirts. Andere Chemikalien (organisch) LCA/Wirts. Andere Chemikalien (anorganisch) LCA/Wirts.

Emissionen in die Luft Partikel (PM) Betrieb LCA Schwefeldioxid (SO2) Umweltbelastung LCA Stickoxide (NOx) Erlöse und Kosten LCA Ammoniak (NH3) Betrieb LCA Zink (Zn) LCA „feste“ Reststoffe Schlacke LCA/Wirts. Rauchgasrückstände Umweltbelastung LCA/Wirts. ABA-Schlamm LCA/Wirts. Gewebefilter Rückstände LCA/Wirts. Wertstoffe Eisen LCA/Wirts. Kupfer LCA/Wirts. Aluminium Gutschrift in der LCA LCA/Wirts. Edelstahl LCA/Wirts. Silber Erlös durch Metallverkauf LCA/Wirts. Gold LCA/Wirts. Andere Eisenmetalle LCA/Wirts. Andere Nichteisenmetalle LCA/Wirts. Ökologische Weichenstellungen DeNOx-Verf. (SNCR,SCR low oder high) technologieabhängige LCA RGRR-Behandlung Fluwa/Flurec unterschiedliche LCA Schlackenbehandlung Umweltbelastungen LCA Zusätzliche Erträge Wirts. Unterstützungsbeiträge Jährlich Wirts.

Tabelle 4: Wichtige Werte des Kennwertmodells – 1.Teil

22


Weitere wirtschaftliche Kennzahlen Investierter Betrag Projekt Wirts. Interner Zinssatz Wirts. Abschreibungsdauer Investitionskostenrechnung Wirts. Voraussichtliche Lebensdauer Wirtschaftlichkeit Wirts. Unterstützungsbeiträge einmalig Projekt Wirts. Wartungskostenanteil Wirts. Anteil Ersatzinvestition Betriebskostenrechnung Wirts. Zusätzliche Einsparungen Wirts. Informationen zur Gesamtbeurteilung Wichtige Rechtliche Grundlagen Übergeordnet Einschränkungen Betriebsbewilligung Informationen zum Übergeordnet Auflagen bezüglich Arbeitssicherheit Bewilligungsverfahren Grundlagen für die Übergeordnet Platzbedingte Einschränkungen Informationen zu Gesamtbeurteilung Übergeordnet Prozessbedingte Einschränkungen den anlagenspezifischen Übergeordnet Organisatorische Einschränkungen Gegebenheiten Übergeordnet Eigenbeurteilung Eigensicht Übergeordnet

Tabelle 5: Wichtige Werte des Kennwertmodells – 2.Teil

Die Analyse der Parameter muss jeweils vor und nach dem Projekt erfolgen, es sind also zwei Zustände kom-plett zu erfassen und zu rechnen und daraus die Optimierung resp. Veränderung abzuleiten.

Das Bezugsjahr ist ein volles Betriebsjahr vor der Massnahme. Hierbei sind auch allfällige aussergewöhnliche Betriebszustände (z.B. ungeplante Stillstände) auszuweisen und zu berücksichtigen. Wichtig ist jedoch, dass es sich um ein reales Betriebsjahr handelt, damit die Berechnung auf IST-Daten aufsetzten kann. Eine stabile Datenbasis ist eine Grundvoraussetzung für eine qualitativ gute Auswertung.

Die Erhebung der Projektparameter kann einerseits durch die rein spezifische Erfassung aller projektrelevan-ter Kenngrössen erfolgen, aber auch durch eine vollständige Erfassung eines gesamten Betriebsjahrs nach erfolgter Massnahme. Somit lassen sich beide Betriebszustände miteinander vergleichen. Dies macht insbe-sondere dort Sinn, wo eine grössere Umbaumassnahme zu einer Änderung des gesamten Betriebsprozesses geführt hat. Dies kann zum Beispiel bei einer Totalerneuerung einer Ofenlinie der Fall sein.

Einschränkung für die Analyse von gesamten Anlagen

Das Kennwertmodell ist nicht für die wirtschaftliche Analyse einer kompletten Anlage ausgelegt, da keine Be-triebskostenrechnung hinterlegt ist. Es kann in diesem Bereich nur Projekte beurteilen, da alle für das Projekt relevanten wirtschaftlichen Daten resp. Veränderungen definiert werden können.

Für die Berechnung der energetische und ökologische Effizienz kann das Kennwertmodell jedoch verwendet werden, hierbei ist aber sicher zu stellen, dass die Systemgrenze der Analyse derjenigen entspricht, die auch in anderen Nachweisen verwendet wird (z.B. die Berechnung der Energetischen Netto Effizienz zuhanden der Aufsichtbehörde).

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9. Projektübersicht und Vorauswahl der Anlagen

Es gibt eine Vielzahl interessanter Projekte im Bereich der Ressourcen-Effizienz in KVA. Die Recherche hat die untenstehenden Projekte ergeben, wobei die Liste keineswegs abschliessend ist.

Anlage: AVAG Thun Ansprechpartner: Urs Zimmermann Projekte: - Energiezentrale übernommen und erneuert � Prozessdampf

- Studie zur ARA Thunersee � neu soll Biogas ins Erdgas einspiesen werden, Ersatz Blockheizkraftwerk durch Anschluss Fernwärme, Trocknung Biogas

- Mehrjährige Erfahrung mit Regelstrom (Negativer Tertiärregelstrom) - Lastmanagement mit Oberland Energie � Eigenverbrauchsoptimierung - Energieverbrauchsoptimierungen bei Antrieben und Beleuchtungen Anlage: Buchs AG Ansprechpartner: Harald Wanger Projekte: - Alte 20bar-Anlage auf 40 bar erneuert � deutlich höhere Dampfleistung

- Externer ECO auf neuer Linie im Einsatz - Abklärungen zum Umbau der alten Linie mit ECO - Ballenlager auf dem Areal, eigene Ballenpresse

Anlage: KVA TG Weinfelden Ansprechpartner: Martin Frei Projekte: - Speisewasserpumpe mit Frequenzumformer � Lastaufnahme verkleinern

- Abwärmenutzung durch Wärmetauscher im Rauchgasstrom, neu mit 120°C in den Saugzug - Denox-Energie einsparen (Katalysatorelemente) �Druckverlust im Rauchgasstrom vermindern

Anlage: Buchs SG Ansprechpartner: Urs Brunner Projekte: - Wärmespeicher (12 Stk.) für die Fernwärme � Reduktion Spitzenlastkessel

- Fernwärme-Rücklauf absenken (unter 60°C), Einbindung der ARA in den Rücklauf - Ballenlager Sennwald - Wärmetauscher für Fernwärme vor dem Wäscher

Anlage: KEZO Hinwil Ansprechpartner: Daniel Böni Projekte: - Abwärmenutzung Rauchgasstrom für Gewächshäuser

- Trockene Rauchgasreinigung - Trockenaustrag mit Metallrückgewinnung aus der Rostasche

Anlage: ERZ Hagenholz Ansprechpartner: Markus Grünenfelder Projekte: - Erneuerung Energiezentrale und Verbrennungslinien 2010

- Fernwärme-Wärmespeicher in Bau, Inbetriebnahme 2017 - Ausbau Fernwärme mit Verbindungsstollen in Planung - Adsorptionskälte für Rechenzentrum der Stadt Zürich

- Trockenaustrag der Rostasche in Bau - Saure Flugaschenwäsche (Fluwa) Anlage: KVA Linth Ansprechpartner: Walter Furgler Projekte: - Metallrückgewinnung aus Kehrichtasche - Saure Flugaschenwäsche (Fluwa) - Ballenlager mit eigener Ballierung

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Anlage: KVA Horgen Ansprechpartner: Romano Wild Projekte: - Neue Verbrennungslinie, Energiezentrale, Turbine, Wäsche � Gesamtumbau - Trockenaustrag der Rostasche Anlage: Saidef Fribourg Ansprechpartner: Albert Bachmann Projekt: - Sefrag Verfahren: Hochspannung zur Schlackenaufbereitung Anlage: KVA Bern Ansprechpartner: Thomas Bücherer Projekte: - Last- und Leistungsmanagement – Optimierungstool Software

- Querverbund mit ARA und Abwärmenutzung, dafür Klärgaseinspeisung der ARA ins Erdgasnetz - Fernwärmespeicher (nicht nur für kurzfristige Speicherung)

Anlage: SIG - KVA Genf Ansprechpartner: Mathias Goretta Projekte: - Kombinierte Konzepte mit Wärme und Kälte Anlage: Erzo Oftringen Ansprechpartner: Jaques Hartmann Projekt: - Wärmeversorgung für Gewächshaus über Auskoppelung Wäscher Europa: Anlage: Linz (A) Projekt: - Abdampfdruck resp. Abdampftemperatur erhöhen Anlage: MVA Hamm (D) Projekt: - Mobiler Latentwärmespeicher auf Sorptionsbasis Anlage: MHKW Rosenheim (D) Projekt: - Strahlungsüberhitzer im Feuerraum

Für eine erste Vorauswahl der Anlagen galten folgende Gesichtspunkte:

• Interessante Projekte aus verschiedenen Anlagenbereichen • Zugang zu den Ansprechpartnern, um in der kurzen Zeit, die für die Masterarbeit zur Verfügung stand,

zu belastbaren Daten zu kommen.

Auf Basis dieser Rahmenbedingungen erfolgten dann die Kontaktaufnahme und das Interview.

Anlage Projekte resp. Teilprojekte Weiteres Vorgehen

KVA Buchs AG Gesamterneuerung der Linie 3 Interview und Analyse durchgeführt Zukünftige Nachrüstung ECO16, Linie 1 Interview und Analyse durchgeführt

KVA Buchs SG Wärmespeicher (12 Stk.) für die Fernwärme Interview durchgeführt

KVA Thun Zukünftiger Fernwärmeausbau Interview und Analysen durchgeführt KVA Weinfelden Abwärmenutzung mit ECO Interview durchgeführt KVA Winterthur Zukünftiges Ballenlager Riet Interview und Analyse durchgeführt

KVA ZH-Hagenholz Fernwärmespeicher Interview und Analyse durchgeführt Es zeigte sich in dieser ersten Runde, dass die meisten Anlagen sehr offen über ihr Projekt Auskunft geben, eine Analyse mit detaillierten Ergebnissen jedoch in mehreren Schritten erarbeitet werden muss. Darum musste die Auswahl aus Zeitgründen auf die ausgewiesenen Projekte reduziert werden.

16 Economiser – Wärmerückgewinnung zur Speisewasser-Vorwärmung

25


10. Datenerhebung

Die Datenerhebung war eine der zentralen Herausforderungen dieser Masterarbeit. Die Ermittlung von belast-baren Daten war aufwändiger und nicht wie vorgesehen nur mittels Frageboden möglich. Auch die saubere Definition der Systemgrenzen war absolut entscheidend, um eine Analyse durchführen zu können.

Auch war es schwierig, das Projekt und seine Ziele zu kommunizieren. Hier hat sich der Schriftweg als un-tauglich erwiesen, meist kam es erst bei der Präsentation des Projekts sowie der ersten Resultate zum ge-wünschten Austausch und daraufhin zu wichtigen Inputs für die Fertigstellung der Analyse.

10.1. Erhebung mittels Fragebogen versus Ermittlung der Daten über relevante Berichte

Die Datenerhebung erfolgte in einem ersten Schritt mittels Fragebogen, was sich leider als untaugliches Vor-gehen herausgestellt hat. In Zukunft würde ich auf die Datenerhebung per Fragebogen verzichten, da die an-gegebenen Daten zum Teil nicht vollständig waren und auch nicht einer exakten Datenbasis zugeordnet wer-den konnten. Es hat sich dann auch bei der Überarbeitung der Daten mehrfach ergeben, dass diese aus ver-schiedenen Quellen zusammengezogen wurden und deshalb eine überprüfbare Grundlage fehlte.

Zum Beispiel gibt es in einer KVA mehrere Publikationen, die Mengenströme ausweisen. Leider sind diese nicht überall die gleichen, so bestehen Unterschiede zwischen verbrannter und angelieferter Abfallmenge oder zwischen produzierter und abgegebener resp. verkaufter Energiemenge.

In einem zweiten Schritt habe ich deshalb die BAFU/BFE/Rytec-Berichte sowie die Umweltberichte der KVA eingeholt und das Modell damit abgefüllt. Die offenen Punkte sowie fehlende Angaben wurden dann in einem zweiten und allenfalls dritten Besuchstermin geklärt und danach die Analyse fertiggestellt. Damit konnte für beide Seiten der Recherche-Aufwand auf die wenigen offenen Punkte konzentriert werden.

10.2. Definition der Systemgrenzen

Das zweite Problem war die genaue Definition der Systemgrenze. Das Prozessmodell (Abbildung 7) lässt eine gewisse Flexibilität bei deren Festlegung zu. Speicherelemente können zum Beispiel innerhalb oder aus-serhalb der Systemgrenze liegen, das gleiche gilt für die Stützenergien im Bereich der Fernwärme.

Wichtig ist jedoch, dass sich dann alle Eingaben an der festgelegten Systemgrenze orientieren. So kann zum Beispiel eine Einsparung von fossilen Brennstoffen als Stützenergie der Fernwärme nur dann dem System zugerechnet werden, wenn diese Erzeugung auch innerhalb der Systemgrenze geschieht. Eine „Gutschrift“ ist also nicht möglich, wenn das Werk gar keinen Verbrauch an fossilen Brennstoffen hat. Auch die finanzielle Entschädigung der Leistung muss sich dementsprechend an dieser Grenze orientieren. Gerade im Übergang von Massen- sowie Energieströmen zur finanziellen Vergütung gab es laufend Klärungsbedarf.

Hier empfehle ich ganz generell den Anlagen, ihre Schnittstellen in Bezug auf diese Parameter sauber zu definieren, um wirkliche Leistungs- und Kostentransparenz zu erhalten.

26


11. Berechnungstool

Das Berechnungstool wurde auf der Grundlage des Kennwertmodells aufgebaut. Es bildet die Schnittstelle zur Berechnung der ökologischen Leistung gemäss der Systematik des VUE für die Vergabe des Labels Res-sourcen Star, implementiert die Berechnung der Energetischen Netto Effizienz und rechnet die komplette Wirtschaftlichkeit des Projekts. Damit das Berechnungstool in jedem Fall sauber rechnet, wurde es mittels dreier Beispiele (Gesamterneuerung, Fernwärmeprojekt, Ballenlager) erprobt und laufend verbessert.

Abbildung 11: Aufbau des Berechnungstools

Da viele Eingaben mehrfache Folgen in der Berechnung haben, war dies eine der grossen Herausforderungen der Masterarbeit. Die Folgen der Folgen der Eingabe sauber zu dokumentieren hat einige Zeit in Anspruch genommen. Wenn sich zum Beispiel die verbrannte Menge verändert, hat dies einerseits Einfluss auf die Ab-fallerlöse, aber auch die Betriebsmittelverbräuche und die Reststoffe sowie die zurückgewonnenen Metalle korrelieren relativ direkt mit dieser Veränderung. Auch der Energie-Output kann erhöht werden, ist jedoch noch von anderen Faktoren abhängig. Daraus ergeben sich neben den finanziellen Implikationen dann wiede-rum Veränderungen für die Ökologie und die Energieeffizienz.

Eingabemaske

Zustand 1 Delta Zustand 2

---- ---- ----

---- ---- ----

---- ---- ----

Ökobilanz 1 Energ. Netto Effizienz 1

Ertrags- und Kostendiffe-

renzen Ökobilanz 2

Energ. Netto Effizienz 2

Wirtschaftlich-keits-

berechnung

Resultate

Zustand 1 Delta Zustand 2

---- ---- ----

---- ---- ----

---- ---- ----

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11.1. Berechnungsgrundlagen für die Energieeffizienz

In einem ersten Schritt habe ich versucht, die Berechnung gemäss BAFU/BFE/Rytec-Bericht17 in das Tool zu implementieren. Da jedoch jede Anlage eine eigene Berechnungsmethode hat, die offensichtlich über die letz-ten drei Jahre spezifisch auf die Anlagen angepasst wurde, ging ich zurück auf die ursprüngliche Berechnung gemäss AWEL und habe diese neu aufgebaut und im Tool integriert. Hierfür mussten alle relevanten Daten erhoben werden.

Im Vergleich zu den Rytec-Berechnungen haben sich kleinere Abweichungen ergeben, die jedoch erst in der dritten Stelle hinter dem Komma zu Tage traten. Für die Berechnung der Projekteffizienz hatten diese keinen nennenswerten Einfluss.

Abweichungen gegenüber den Rytec-Daten

Anlage / Jahr Rytec-Wert Tool-Wert Abweichung KVA Winterthur / 2014 0.6868 0.6868 - KVA Zürich Hagenholz / 2014 0.9108 0.9126 0.2% KVA Thun / 2014 0.6687 0.6687 - KVA Buchs AG / 2012 / 2014 0.4385 / 0.5565 0.4403 / 0.5592 0.4 % / 0.5%

Tabelle 6: Vergleich der ENE-Berechnungen von Rytec und der vereinfachten Version

Die maximale Abweichung der vereinfachten gegenüber der komplexen anlagenspezifischen Berechnung bei den untersuchten Anlagen beträgt 0.5%. Damit kann die vereinfachte Berechnung für die Projektbeurteilung herangezogen werden.

11.2. Berechnungsgrundlagen für die Ökobilanz

Für die Berechnung der ökologischen Effizienz wird ein Vergleich zwischen der effektiven Anlage und einer Referenzanlage herangezogen. Diese Systematik wurde im Projekt des Vereins für umweltgerechte Energie VUE bei der Entwicklung des Labels Ressourcen Star definiert.

Die Berechnung der Referenzanlage basiert auf zwei wichtigen Grenzwertdefinitionen (Auszug Zertifizierungs-richtlinien Ressourcen Star für KVA, Bestimmungen und Kriterien, Version 1.1, Stand 18.3.2016, gültig für die KVA-Pilotzertifizierung, Seite 7):

Die Umweltbelastung der zu prüfenden Anlage darf den Grenzwert Umweltbelastung nicht überschreiten. Der Grenzwert Umweltbelastung entspricht der Summe von - Grenzwert Entsorgungsfunktion:

Umweltbelastung, welche die Entsorgung einer zur in der KVA verwerteten Abfallmenge äquivalente Menge Inertstoff verursachen würde.

- Grenzwert Energie: ein Viertel der Umweltbelastung, welche die Produktion der von der KVA verkauften Energiemenge (Strom und Wärme) in einem modernen gasbefeuerten Gas- und Dampfkraftwerk verursachen würde.18

- Grenzwert Wertstoffe: ein Viertel der Umweltbelastung, welche die Primärproduktion der rückgewonnenen Wertstoffmengen ver-ursachen würde (unter Abzug der allfällig erforderlichen Aufbereitungsprozesse).19

17 Aktuelle Werte basierend auf der einheitlichen Heizwert- und Energiekennzahlenberechnung der Schweizer KVA nach europäischem Standardverfahren, BAFU, Bern, 10. Mai 2011, Urban Frei, Rytec AG 18 Begründung Höhe des Grenzwerts Energie (Auszug Zertifizierungsrichtlinien resourcen star für KVA, Bestimmungen und Kriterien, Version 1.1, Stand 18.3.2016, gültig für die KVA-Pilotzertifizierung, Seite 7): Bei naturemade star-Anlagen gilt der Ansatz, dass die Um-weltbelastung von Strom und Wärme aus erneuerbaren Quellen maximal 50 % der Umweltbelastung von Strom und Wärme aus Erdgas betragen darf. Als Referenzsystem wird die aktuell beste verfügbare Technologie (Erdgas GuD-Kraftwerk, beziehungsweise ein modulie-render und kondensierender Erdgas-Heizkessel) verwendet. In KVA ist rund 50 % der erzeugten Energie erneuerbar, weshalb nur diesem Anteil 50 % der Umweltbelastung von Strom und Wärme aus Erdgas zugewiesen wird. Somit kann der erzeugten und verkauften Energie einer KVA 25 % der Umweltbelastung, die bei der Erzeugung derselben Energiemenge mit einem Erdgas befeuerten modernen GuD-Kraftwerk verursacht würde, zugeordnet werden. 19 Begründung Höhe des Grenzwerts Wertstoffe (Auszug Zertifizierungsrichtlinien resourcen star für KVA, Bestimmungen und Kriterien, Version 1.1, Stand 18.3.2016, gültig für die KVA-Pilotzertifizierung, Seite 7): Für die Herstellung von Metallen stehen lediglich Ökobilanz-daten von durchschnittlichen Anlagen zur Verfügung und nicht wie bei der Energieproduktion Daten von aktuell besten verfügbaren fossi-len Technologien. Die Gewinnung von Metallen wie Aluminium, Kupfer oder Zink erfolgt oft in aussereuropäischen Ländern mit geringen Umweltanforderungen. Deshalb wurde der Grenzwert für die Wertstoffe in Beziehung zur heutigen Gewinnung aus fossilen Quellen dop-pelt so streng angesetzt wie bei der Energie, d. h. bei einem Viertel der Umweltbelastung, die durch die Primärproduktion verursacht würde.

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11.3. Datenbasis für die Analysen

Die genaue Datenbasis ist entscheidend für die Qualität der Analysen und Auswertungen. Mit dieser Basis ist es möglich, sich in einem zweiten Schritt nur noch auf die relevanten Veränderungen zu konzentrieren. Die Veränderungen können Energie- oder Massenflüsse sowie deren Erlöse und Kosten beinhalten.

Damit die Projekte entsprechend analysiert werden konnten, wurde neben den Interview-Resultaten auch eine grosse Anzahl Dokumente ausgewertet.

Datenbasis für die Analysen

Werk Datenbasis KVA Buchs AG - Energiezahlen der KVA Buchs AG, Rytec, Mail vom 21.01.2016

- KVA 2010 – Ersatz der Ofenlinie 3 – Botschaft zuhanden der AV vom 17.06.2009 - Angaben zu Umweltwerten anlässlich der Besprechungen vom 04.12.2015 und 08.02.2016:

• Fragebogen vom 04.12.2015 • Bericht Emissionsmessungen 2011, 2014 und 2015, erhalten am

04.12.2015 • Statistische Angaben 2012/2013, erhalten am 04.12.2015 • Aufstellung Dampfproduktion 2012 und 2014 vom 03.12.2015 • Analyse Schlackenentmetallisierung vom 26.03.15 • Berechnung Kanalisationsgebühr 2012 und 2014 vom 03.12.2015

- Datenblatt zur Energienutzungsgradsteigerung Externer Eco aus dem Bericht von Rytec vom 09.02.2016 - Mail vom 08.02.2016 – Erdgas- und Wasser-Verbrauch - 44. Geschäftsbericht über das Jahr 2012 - 46. Geschäftsbericht über das Jahr 2014

KVA Thun - Energiezahlen der KVA Thun, Rytec, Mail vom 02.02.2016 - Angaben zu Umweltwerten anlässlich der Besprechungen vom 04.12.2015 und 12.023.2016:

• Fragebogen vom 04.12.2015 • Wartungsprotokoll Gasanalyse vom 27.08.15 • Unterlagen der Naturemade Recycling Star Prüfung vom 11.02.2016 mit al-

len relevanten Umweltdaten • Skizze Fernwärmeprojekt vom 03.07.2015 • Plan des Vorprojekts Fernwärmeanschluss ARA Thunersee

vom 12.05.2015 - Mail vom 15.02.2015 mit Betriebsmitteldaten und -kosten - Beispiele für Wärmeauskopplung von H+I GmbH

KVA Hagenholz - Energiezahlen der KVA Hagenholz, ZAV, Bericht vom 16.02.2015 - Angaben zu den Werten anlässlich der Besprechungen vom 11.02.2016 - Umweltbericht z.H. AWEL für das Jahr 2014 und 2015 - Weisung des Stadtrats von Zürich an den Gemeinderat vom 14.01.2015

KVA Winterthur - Energiezahlen der KVA Winterthur, ZAV, Bericht vom 24.02.2015 - Angaben zu den Werten anlässlich der Besprechungen vom 02. und 08.03.2016. - Umweltbericht z.H. AWEL für das Jahr 2014 und 2015 - Machbarkeitsstudie „Saisonspeicher für Brenngut, Deponie Riet“, GEO Partner AG, vom 09.11.2015

Tabelle 7: Datenbasis für die Analysen

29


11.4. Eingabemaske

Um die Veränderungen transparent darzustellen und zu dokumentieren ist das Berechnungstool in drei Hauptbereiche gegliedert:

1. Zustand vor dem Projekt 2. Veränderung durch das Projekt – Projektdelta 3. Zustand nach dem Projekt

Hierbei kann frei gewählt werden, ob das Projektziel als Delta oder der Endzustand definiert wird. Da mit die-sem Berechnungstool die projektbezogene Effizienz berechnet wird, müssen auch nur projektbezogene Deltas festgelegt werden.

Die Berechnung der Resultate basiert auf einer sehr genauen Datenbasis der gesamten Ressourcenströme. Damit ist es ebenfalls möglich, das Projektdelta sehr genau zu definieren. Die Betrachtung basiert immer auf einer Input-/Output-Sicht. Die genauen technischen Details innerhalb der Kehrichtverwertungsanlage sind in einem Vorprojekt zu klären.

11.4.1. Grundangaben und exportierte Energien

Tabelle 8: Abschnitt Grundangaben und exportierte Energien in der Eingabemaske

Im ersten Teil der Eingabemaske werden die Grunddaten eingegeben, die für den Zustand vor dem Projekt, insbesondere den aktuellen Energiezahlen, sowie dem jeweiligen Umweltbericht entnommen werden können.

1. Der Betrachtungszeitpunkt muss ein reales Betriebsjahr sein, denn nur so lässt sich eine verbindli-che Datenbasis definieren. Der Zustand nach dem Projekt kann auch eine Annahme sein.

2. Anlagenspezifische Parameter beeinflussen insbesondere die ökologische Bewertung der Anlage. Mit diesen Eingaben definieren sie die wichtigsten Weichenstellungen im Bereich der Rauchgasreini-gung und der Flugaschenbehandlung.

3. Die verbrannte Abfallmenge ist ein zentraler Wert, der sowohl energie-, kosten- und umweltrelevant ist. Wird hier ein Delta definiert, hat dies entscheidenden Einfluss auf die nachfolgende Berechnung. Für mehrere Bereiche wird daraus automatisch ein Projektdelta errechnet, das dann aber überschrie-ben werden kann.

4. Der Heizwert nach Reimann kann den Energiezahlen entnommen werden. Zusammen mit der Ab-fallmenge definiert er den primären Energieinput in die Anlage.

5. Die Logistik der von ausserhalb des Einzugsgebietes importierten Mengen erfolgt entweder auf der Bahn oder per LKW. Mit dieser Eingabe können die Mengen und die durchschnittliche Distanz zum Abgeber eingeben werden.

6. Die exportierten resp. verkauften Energien sind besonders wichtig für alle Beurteilungsbereiche. Diese Angaben beinhalten Mengen und Erlöse. Hier kann auch die negative Tertiärregelleistung defi-niert werden. Diese wird aber nur in der Berechnung der Ökobilanz verwendet.

1

2

3

4

5

6

30


11.4.2. Importierte Energien

Tabelle 9: Abschnitt Importierte Energie in der Eingabemaske

7. Die importierten Energien für die Entsorgungstechnik beinhalten alle Energiebezüge, die nicht für die Dampfproduktion verwendet werden. Die Kosten werden in einer separaten Tabelle berechnet.

8. Die importierte elektrische Energie dient dem Betrieb der ganzen Anlage.

9. Die importierten Energien für die Dampfproduktion beinhalten insbesondere alle Stützenergien für die Fernwärme, aber auch alle anderen Energieströme, die mit dem System der Dampfproduktion in Verbindung stehen.

Für die Eingabebereiche ist eine Umrechnungstabelle20 hinterlegt, die die Mengenangaben in Energieinhalte umrechnet. Für die Berechnung der Effizienz werden nur die Angaben der Energieinhalte verwendet. Interne Wirkungsgrade werden nicht berücksichtigt, denn es wird der Energieinput mit dem entsprechenden Output verglichen.

Beim Studium der Energiezahlen von Rytec ist mir aufgefallen, dass dort die Anlagen mit unterschiedlichen Energieinhalten gerechnet haben. Hier würde es Sinn machen, eine einheitliche Umrechnungstabelle für die Energieinhalte der wichtigsten Stoffe zu definieren. Sofern die Daten nicht durch die Werke definiert waren, habe ich in der Masterarbeit mit folgenden Umrechnungsfaktoren gerechnet.

Tabelle 10: Umrechnungsfaktoren für fossile Brennstoffe

Die Kosten für die importierten Energien sind durch die jeweilige Anlage genau zu definieren.

Tabelle 11: Hilfstabelle für Energiekosten und Energieerträge

20 Studienunterlagen WERZ und Umrechnungszahlen des BFE

Importierte Energie für Entsorgungstechnik Menge oder Energieinhalt Menge oder Energieinhalt Menge oder EnergieinhaltDiesel für Notstrom 0 Liter/a 0 MWh/a 0 Liter/a 0 MWh/a 0 Liter/a 0 MWh/aHeisswasser 18 MWh/a 0 MWh/a 18 MWh/aImportierte Energie Propan flüssig 0 Liter/a 0 MWh/a 0 m3/a 0 MWh/a 0 Liter/a 0 MWh/aImportierte Energie Erdgas 0 m3/a 0 MWh/a 0 m3/a 0 MWh/a 0 m3/a 0 MWh/aImportierte Energie Öl 23'000 Liter/a 230 MWh/a 0 Liter/a 0 MWh/a 23'000 Liter/a 230 MWh/a

Importierte Energie Elektrisch 332 MWh/a 0 MWh/a 332 MWh/a

Importierte Energie für Dampfproduktion Menge oder Energieinhalt Menge oder Energieinhalt Menge oder EnergieinhaltHeisswasser 0 MWh/a 0 MWh/a 0 MWh/aHeisses Rauchgas aus SVA 0 MWh/a 0 MWh/a 0 MWh/aImportierte Energie Propan flüssig 0 Liter/a 0 MWh/a 0 m3/a 0 MWh/a 0 m3/a 0 MWh/aImportierte Energie Erdgas 156'000 m3/a 1'765 MWh/a 30'000 m3/a 339 MWh/a 126'000 m3/a 1'426 MWh/aImportierte Energie Öl 0 Liter/a 0 MWh/a 0 Liter/a 0 MWh/a 0 Liter/a 0 MWh/a

Umrechnungsfaktoren EnergieDichte [kg/l] Heizwert [MJ/kg] Heizwert [kWh/kg]

Diesel 0.835 42.5 11.800Heizöl extraleicht 0.845 42.6 11.833Propan verflüssigt 0.506 46.3 12.861Brennstoffart Butan verflüssigt 0.578 45.7 12.694Heizöl mittel 0.96 41.2 11.444Heizöl schwer 0.96 41.2 11.444

Dichte[kg/Nm3] Brennwert [MJ/Nm3]Brennwert [kWh/Nm3]Erdgas gasförmig (Ho) 0.792 40.73 11.314

Importierte Energie für Entsorgungstechnik Kosten pro MWh Vor dem Projekt Nach dem Projekt Differenz

Diesel für Notstrom Fr. 50.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Heisswasser Fr. 40.00 Fr. 720.00 Fr. 720.00 Fr. 0.00Importierte Energie Propangas Fr. 80.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Importierte Energie Erdgas Fr. 60.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Importierte Energie Öl Fr. 40.00 Fr. 9'198.97 Fr. 9'198.97 Fr. 0.00

Importierte Energie Elektrisch Fr. 120.00 Fr. 39'840.00 Fr. 39'840.00 Fr. 0.00

Importierte Energie für Dampfproduktion Kosten pro MWh Vor dem Projekt Nach dem Projekt Differenz

Heisswasser Fr. 40.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Heisses Rauchgas aus SVA Fr. 20.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Importierte Energie Propangas Fr. 80.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Importierte Energie Erdgas Fr. 60.00 Fr. 105'899.04 Fr. 85'533.84 Fr. -20'365.20Importierte Energie Öl Fr. 40.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00

Gesamtkosten Importierte Energie Fr. 155'658.01 Fr. 135'292.81 Fr. -20'365.20

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11.4.3. Hilfsstoffe, Betriebsmittel und Emissionen

Tabelle 12: Abschnitt Hilfsstoffe, Betriebsmittel und Emissionen in der Eingabemaske

10. Die Hilfsstoffe resp. Betriebsmittel und ihre Konzentrationen werden bei der Berechnung der ökolo-gischen Effizienz und der Wirtschaftlichkeit verwendet. Die Kosten für die Betriebsmittel sind in einer separaten Tabelle hinterlegt.

11. Die Emissionen in die Luft werden über die Umweltberichte und die einzelnen Emissionsmessungen errechnet. Meist ist eine Umrechnung der Schadstoffkonzentration in die Gesamtmenge pro Jahr not-wendig. Hierfür werden die Betriebsstunden sowie die Luftmengen benötigt.

Das Projektdelta wird vom System automatisch errechnet und kann von Hand überschrieben werden. Basis der Berechnung ist die Menge verbrannter Abfall vor und nach dem Projekt.

Die Kosten der Betriebsmittel21 sind im System hinterlegt, müssen aber bei jeder KVA überprüft und ange-passt werden.

Tabelle 13: Hilfstabelle Betriebsmittelkosten

Problematik der Annahmen für die Ökobilanz Für alle weiteren umweltrelevanten Werte werden in der Ökobilanz die Daten aus der ecoinvent-Datenbank22 verwendet. Grundlage ist die Bewertung gemäss Eco-Indicator 99 (EI’99)23. Hierbei wurde das Modell auf die für eine KVA relevanten Eingaben resp. Differenzierungsmerkmale vereinfacht. Diese Vereinfachung reduziert die Anzahl der Eingaben, kann aber auch zu grösseren Diskussionen führen. So wird zum Beispiel in der Berechnung für die Abwässer aus Schlackendeponien mit relativ hohen Schad-stoffkonzentrationen gerechnet, die sich in der Praxis nicht nachweisen lassen. Diese Abweichungen müssen im Projekt des neuen Labels Ressourcen Star separat behandelt werden. Es macht jedoch zum jetzigen Zeit-punkt keinen Sinn, das Datenmodell für diese Masterarbeit zu verändern und damit eine weitere Version der Umweltbilanzierung zu schaffen.

Es ist grundsätzlich wichtig, dass eine einheitliche Ökobilanz für alle Abfallverwertungsprozesse entwickelt wird, damit die verschiedenen Entsorgungswege miteinander verglichen werden können. Mit dem verwende-ten Modell sind wir diesem Ziel einen grossen Schritt näher gekommen. Es ist deshalb wichtig, dass sich Um-weltverbände und Betreiber aktiv an der Weiterentwicklung einer gemeinsamen Lösung beteiligen. 21 Angaben der KVA Thun 22 Die internationale ecoinvent Datenbank ist eine Quelle von Ökobilanzdaten (Vergl. http://www.ecoinvent.org/) 23 Der Eco-Indicator 99 drückt die Umweltrelevanz eines Produktes oder Systems in einer Punktzahl in Form einer aggregierten Kennzahl aus (Vergl. https://de.wikipedia.org/wiki/Eco-Indikator_99)

Hilfsstoffe/Betriebsmittel Konzentration Menge Konzentration Menge KonzentrationFrischwasser 134'000 m3/a 5'807 m3/a 139'807 m3/aNatronlauge 351.0 t/a 30% 15.2 t/a 366.2 t/a 30%NaHCO3 / Natriumbicarbonat / Natron 0.0 t/a 0.0 t/a 0.0 t/aAmmoniak 296.0 t/a 25% 12.8 t/a 308.8 t/a 25%Salzsäure 46.0 t/a 32% 2.0 t/a 48.0 t/a 32%FeCl3 162.0 t/a 40% 7.0 t/a 169.0 t/a 40%CaO 158.0 t/a 6.8 t/a 164.8 t/aKalkhydrat Ca(OH)2 0.0 t/a 0.0 t/a 0.0 t/aSalzsole, gesättigt 0.0 t/a 0.0 t/a 0.0 t/aAdsorbensmittel (Herdofenkoks) 160.0 t/a 6.9 t/a 166.9 t/aAndere Chemikalien (organisch; zB. TMT) 0.0 t/a 15% 0.0 t/a 0.0 t/a 15%Andere Chemikalien (anorganisch) z.B. Wasserstoffperoxid 0.0 t/a 0% 0.0 t/a 0.0 t/a 0%

Emissionen in die Luft Menge Menge MengePartikel (PM) 350 kg/a 15 kg/a 365 kg/aSchwefeldioxid (SO2) 800 kg/a 35 kg/a 835 kg/aStickoxide (NOx) 25'000 kg/a 1'083 kg/a 26'083 kg/aAmmoniak (NH3) 60 kg/a 3 kg/a 63 kg/aZink (Zn) 10 kg/a 0 kg/a 10 kg/a

Kosten Betriebsmittel Kosten pro Tonne Vor dem Projekt Nach dem Projekt Differenz

Frischwasser Fr. 2.00 Fr. 268'000.00 Fr. 279'613.33 Fr. 11'613.33Natronlauge Fr. 260.00 Fr. 91'260.00 Fr. 95'214.60 Fr. 3'954.60NaHCO3 / Natriumbicarbonat / Natron Fr. 300.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Ammoniak Fr. 200.00 Fr. 59'200.00 Fr. 61'765.33 Fr. 2'565.33Salzsäure Fr. 150.00 Fr. 6'900.00 Fr. 7'199.00 Fr. 299.00FeCl3 Fr. 250.00 Fr. 40'500.00 Fr. 42'255.00 Fr. 1'755.00CaO Fr. 300.00 Fr. 47'400.00 Fr. 49'454.00 Fr. 2'054.00Kalkhydrat Ca(OH)2 Fr. 210.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Salzsole, gesättigt Fr. 150.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Adsorbensmittel (Herdofenkoks) Fr. 260.00 Fr. 41'600.00 Fr. 43'402.67 Fr. 1'802.67Andere Chemikalien (organisch) z.B. TMT Fr. 300.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Andere Chemikalien (anorganisch) z.B. Wasserstoffperoxid Fr. 300.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00

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11.4.4. Rest- und Wertstoffe

Tabelle 14: Abschnitt Rest- und Wertstoffe in der Eingabemaske

12. Für die festen Reststoffe werden die Jahresmengen sowie die Entsorgungskosten definiert. Her ist es noch einmal möglich, zu definieren, ob die Flugasche intern oder extern behandelt wird.

13. Bezüglich der Filterasche wird zudem festgelegt, wo diese behandelt wird resp. ob diese unbehandelt auf einer Reststoff- oder Untertagebaudeponie entsorgt wird.

14. Bei den Wertstoffen können einzelne Fraktionen (Eisen bis Gold) angegeben werden, oder es wer-den die Metallgemische von Nichteisenmetallen und Eisenmetallen definiert. Werden die einzelnen Fraktionen ausgefüllt, werden nur diese berücksichtigt, die Werte, die dann bei Nichteisenmetallen und Eisenmetallen eingetragen würden, werden nicht gerechnet. Es kann zudem festgelegt werden, ob die Wertstofferlöse in die Berechnung einfliessen. In den meisten Anlagen ist dies nicht der Fall. Ansonsten müssen zwingend die Erlöse für die einzelnen Fraktionen definiert werden, im System sind nur grobe Richtwerte hinterlegt. Im Musterprojekt werden die Erträge jedoch nicht berücksichtigt.

Tabelle 15: Hilfstabelle Wertstofferträge

Sowohl die Wertstoffrückgewinnung als auch die Behandlung der Reststoffe sind zentrale Werte in der Be-rechnung der Umweltbelastung. Durch die Rückgewinnung der Metalle wird der Einsatz von Primärmetallen substituiert und die Belastung der Reststoffe, die auf einer Deponie endgelagert werden, deutlich gesenkt. Insbesondere durch die Behandlung der Flugasche durch eine saure Wäsche kann die Schwermetallbelas-tung der zu deponierenden Asche deutlich vermindert werden.

WertstofferträgeEisen Fr. 50.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Kupfer Fr. 3'000.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Aluminium Fr. 800.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Edelstahl Fr. 120.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Gold Fr. 30'000'000.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Nichteisenmetalle (Total an Kupfer und Aluminium) Fr. 1'400.00 Fr. 574'000.00 Fr. 598'873.33 Fr. 24'873.33Eisenmetalle (Total an Eisen und Edelstahl) Fr. 60.00 Fr. 134'400.00 Fr. 140'224.00 Fr. 5'824.00

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11.4.5. Wirtschaftliche Kennwerte

Tabelle 16: Abschnitt Wirtschaftliche Kennwerte

15. Die Grösse der Investition, der Fremdkapitalanteil und seine Verzinsung sowie die Rückzahlungs-dauer des Fremdkapitals, die voraussichtliche Lebensdauer sowie der Wartungskostenanteil sind die wichtigen finanziellen Parameter des Projekts. Wird Fremdkapital angegeben, berechnet das System auf Grund der Angaben die Annuität (siehe auch Abschnitt 11.13)

16. Verschiedene Fördergelder können auf einmaliger oder jährlicher Basis berücksichtigt werden. Auch zusätzliche Einsparungen und/oder Erträge können hier hinterlegt werden. Die Berücksichtigung kann als ganzes aktiviert oder ausgeschaltet werden, auch um die Wirkung zu überprüfen.

17. Oft kann der neue Anlagenteil auch zur Optimierung der Anlagenbewirtschaftung benutzt werden, was insbesondere bei Speicherelementen der Fall ist. Der häufigste Fall, die Optimierung der Strom-erlöse unter Einbezug eines Fernwärmespeichers, ist hier abgebildet. Da sich die Optimierung auf den gesamten erzeugten Strom auswirkt, ist diese Funktion hier speziell hinterlegt.

18. Die Berücksichtigung der KEV-Vergütungen ist ein zentraler Faktor in der Wirtschaftlichkeitsberech-nung, wobei es drei Einstellungen gibt: • Keine KEV-Vergütung rechnen • KEV-Vergütung nach dem Projekt • KEV-Vergütung vor und nach dem Projekt

Die zweite Einstellung „KEV-Vergütung nach dem Projekt“ rechnet die gesamten Mehrerlöse durch die KEV dem Projekt zu, was in den meisten Fällen zu einer schwer interpretierbaren Aussage führt, denn damit wird nicht nur der Mehrertrag durch das Effizienzprojekt beurteilt. Möchte man jedoch wis-sen, was solch ein „Sprung“ in die KEV für finanzielle Folgen hat, ist dies über diese Einstellung ein-drücklich zu zeigen.

19. Muss während der Lebensdauer des neuen Anlagenteils eine werterhaltende Massnahme durchge-führt werden, ist dies hier einzutragen. Diese Massnahme wird bei der Ermittlung der Gesamtinvestiti-on berücksichtigt.

20. Ist ein Grossteil des Projekts der ordentliche Ersatz eines bestehenden Anlagenteils, wird die ordent-liche Investition am gerechneten Projekt abgezogen. Es wird also nicht der gesamte Ersatz gerechnet, sondern nur die zusätzlichen Kosten für die Effizienzmassnahmen berücksichtigt.

Ein- und ausschaltbare Funktionen: In verschiedenen Abschnitten der Eingabemaske kann definiert werden, ob eine Eingabe berücksichtigt werden soll oder nicht. Dies erlaubt die Wirkung einzelner Punkte auf das Gesamtresultat zu überprüfen.

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11.4.6. Sensivitäten und Projektzielwerte

Tabelle 17: Abschnitt Sensitivitäten und Projektzielwerte

21. Mit der Einstellung der Sensivitäten kann überprüft werden, wie sich eine Veränderung bei den Ab-fall-, Energie oder Wertstofferlösen sowie die Verbesserung oder Verschlechterung der energetischen Effizienz des neuen Anlagenteils auf das Resultat auswirkt. Alle diese Einstellungen werden nur auf das Projekt angewendet.

22. Die Projektzielwerte sind entscheidend für die Bewertung der Effizienz-Veränderung. Das System rechnet für die energetische und ökologische Verbesserung einen Zielwert, der aber durch eine eige-ne Eingabe überschrieben werden kann.

Herleitung des Zielwertes für die energetische und ökologische Effizienz

Die Effizienz oder auch Wirksamkeit einer Massnahme kann dann abgeschätzt werden, wenn die Massnahme und ihre Wirkung quantifiziert werden. Wird in einer Anlage 1 Mio. Franken investiert, muss nicht die gleiche Wirkung erreicht werden, wie bei einer Investition von 10 Mio. Franken.

Die Grundlage für die Berechnung dieser Zielwerte ist folgende Annahme: In einer Anlage mit einer Jahresmenge von 200‘000 Tonnen verbranntem Abfall muss bei einer Investition von 10 Mio. Franken eine Verbesserung von 4% bei diesen beiden Zielwerten erreicht werden.

Der Zielwert für die wirtschaftliche Leistung ist ein interner Zinssatz von 5%, die angestrebte Payback-Zeit ist normalerweise sechs Jahre. Auch diese beiden Werte können durch einen Eintrag überschrie-ben werden. Im Musterprojekt wurde die Payback-Zeit mit 15 Jahren definiert.

11.5. Ökobilanz – Ermittlung der Zielerreichung

Die Ökobilanz ermittelt für den Zustand 1 und den Zustand 2 die jeweilige Umweltbelastung und den Prüfwert. Dieser Prüfwert entspricht der maximal erlaubten Umweltbelastung der Anlage zur Erreichung des Labels Ressourcen Star. Die Berechnung erfolgt gemäss den Festlegungen, die im Kapitel 11.2 beschrieben sind. Er setzt sich für den Zustand 1 des Musterbeispiels aus folgenden Werten zusammen:

Tabelle 18: Prüfwert für den Zustand 1 des Musterbeispiels – Auszug aus der Umweltdeklaration des Kennwertmodells Ressourcen Star

Vergleicht man nun den Prüfwert mit der durch das Kennwertmodell gerechneten Umweltbelastung der Mus-teranlage im Zustand 1 wird der Anteil der erlaubten Umweltbelastung in Prozent ermittelt. In unserem Mus-terbeispiel beträgt diese Zielerreichung 90.6%.

Tabelle 19: Zielerreichung für den Zustand 1 des Musterbeispiels – Auszug aus der Umweltdeklaration des Kennwertmodells Ressourcen Star

SensivitätenAbfallerlösentwicklung z.B. 5% 0.00% wir nur auf das Projekt-Delta angewendet Energieerlösentwicklung 0.00% wir nur auf das Projekt-Delta angewendet Wertstofferlösentwicklung 0.00% wir nur auf das Projekt-Delta angewendet Entwicklung der energetischen Effizienz (alle Energiearten) 0.00% wir nur auf das Projekt-Delta angewendet

Definition der Projektzielwerte für die Bewertung eigene Ziele System Grundlage für die System-VorgabeZiel der energetischen Verbesserung in % nur Ausfüllen wenn vom System abweichend 0.00% 1.36% 4% bei 200'000t und 10 Mio. CHF InvestZiel der ökologischen Verbesserung in % nur Ausfüllen wenn vom System abweichend 0.00% 1.36% 4% bei 200'000t und 10 Mio. CHF InvestZiel der wirtschaftlichen Leistung in % nur Ausfüllen wenn vom System abweichend 0.00% 3.00% Generell 3%Angestrebte Payback-Zeit nur Ausfüllen wenn vom System abweichend 15 Jahre 6 Jahre Generell 6 Jahre

Prüfwert TotalEI'99-aggregated,

HierarchistAnteil

a PktStrom 76'000'000 kWh 597'448 49%Wärme 53'000'000 kWh 238'573 20%Entsorgungsfunktion 150'000'000 kg 174'618 14%Sekundäraluminium, kg 310'497 kg 68'953 6%Sekundärkupfer, kg 69'532 kg 37'317 3%Sekundär-Gold, kg 0 kg - 0%Sekundär-Edelstahl, kg 45'802 kg 11'390 1%Eisenschrott, kg 2'189'904 kg 83'879 7%Sekundärzink, kg 0 kg - 0%Sekundär-Zinkkonzentrat, kg 155'040 kg 6'175 1%Sekundär-Bleikonzentrat, kg 32'640 kg 1'409 0%Total 1'219'762 100%

Umweltbelastung absolut

Prüfwert

EI'99-aggregated, Hierarchist 1'105'363 1'219'762

90.6%

Musteranlage 2015

Naturemade Recycling star Label erfüllt

21

22

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11.6. Berechnung der Energetischen Netto Effizienz

Für den Zustand 1 und den Zustand 2 wird je die Energetische Netto Effizienz gemäss der Formel in Abschnitt 8.2.1 gerechnet.

Tabelle 20: Berechnung der Energetischen Netto Effizienz für den Zustand 1 der Musteranlage

11.7. Wirtschaftlichkeitsberechnung

Die Berechnung der Wirtschaftlichkeit berücksichtigt die Investition, deren Finanzierung sowie alle weiteren Eingaben, sofern sie eingeschaltet (aktiviert) sind.

Tabelle 21: Ausschnitt aus der Wirtschaftlichkeitsberechnung

Berechnung der ENE für den Zustand 1 Musteranlage

Heizwert nach Reimann [GJ/t] 10.7000Verbrannte Menge [t/a] 150'000

Exportierter Strom [MWh/a] 76'000

Exportierte Wärme Fernwärme [MWh/a] 50'000Wärmeenergie Niedertemperatur [MWh/a] 0Dampf [MWh/a] 3'000Summe exportierte Wärme [MWh/a] 53000.0

Importierte Energie für Entsorgungstechnik Diesel für Notstrom [MWh/a] 0.0Heisswasser [MWh/a] 18.0Erdgas [MWh/a] 0.0Propangas [MWh/a] 0.0Heizöl [MWh/a] 230.0Summe importierte Energie für Entsorgungstechnik [MWh/a] 248.0

Importierter Strom [MWh/a] 332

Importierte Energie für Dampfproduktion Heisswasser [MWh/a] 0Heisses Rauchgas aus SVA [MWh/a] 0Erdgas [MWh/a] 1765.0Propangas [MWh/a] 0.0Heizöl EL [MWh/a] 0.0Summe importierte Energie für Dampfproduktion [MWh/a] 1765.0

ENE 1 0.5828

Jahr 0 Jahr 1 Jahr 2 Jahr 3 Jahr 4 Jahr 5Investition Eigenkapital Fr. 1'200'000.00

Fremdkapital Fr. 1'000'000.00Restschuld Fr. 800'000.00 Fr. 770'694.88 Fr. 740'803.66 Fr. 710'314.61 Fr. 679'215.78

Anuität 1 Fr. 45'305.12 Fr. 45'305.12 Fr. 45'305.12 Fr. 45'305.12 Fr. 45'305.12Zins Fr. 16'000.00 Fr. 15'413.90 Fr. 14'816.07 Fr. 14'206.29 Fr. 13'584.32

Rückzahlung 1 Fr. 29'305.12 Fr. 29'891.22 Fr. 30'489.05 Fr. 31'098.83 Fr. 31'720.80

Werterhaltung Eigenkapital Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Fremdkapital Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00

Restschuld Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Anuität 2 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00

Zins Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Rückzahlung 2 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00

Mehr-/Minderkosten Stützenergie Fr. -20'365.20 Fr. -20'365.20 Fr. -20'365.20 Fr. -20'365.20 Fr. -20'365.20Wartung Fr. 22'000.00 Fr. 22'000.00 Fr. 22'000.00 Fr. 22'000.00 Fr. 22'000.00

Zusätzliche Betriebskosten Fr. 236'756.43 Fr. 236'756.43 Fr. 236'756.43 Fr. 236'756.43 Fr. 236'756.43

Total Kostenseite Payback Fr. 2'200'000.00 Fr. 254'391.23 Fr. 253'805.13 Fr. 253'207.31 Fr. 252'597.53 Fr. 251'975.55

Total Kostenseite Cashflow Fr. 1'200'000.00 Fr. 283'696.35 Fr. 283'696.35 Fr. 283'696.35 Fr. 283'696.35 Fr. 283'696.35

Ordentliche Ersatzinvestition Eigenkapital Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Fremdkapital Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00

Restbetrag Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Anuität 3 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00

Zins Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00Rückzahlung 3 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00

Abfallerlös Fr. 199'500 Fr. 199'500 Fr. 199'500 Fr. 199'500 Fr. 199'500Energieerlöse Fr. 210'067 Fr. 210'067 Fr. 210'067 Fr. 210'067 Fr. 210'067

Wertstofferlöse Fr. 0 Fr. 0 Fr. 0 Fr. 0 Fr. 0Zusätzliche jährliche Einnahmen/Einsparungen Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00

Projektrelevanter KEV "alt" Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00KEV nach dem Projekt Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00 Fr. 0.00

Total Ertragsseite Payback Fr. 0.00 Fr. 409'566.67 Fr. 409'566.67 Fr. 409'566.67 Fr. 409'566.67 Fr. 409'566.67

Total Ertragsseite Cashflow Fr. 0.00 Fr. 409'566.67 Fr. 409'566.67 Fr. 409'566.67 Fr. 409'566.67 Fr. 409'566.67

Schuldentilgung Fr. -2'200'000.00 Fr. 155'175.43 Fr. 155'761.54 Fr. 156'359.36 Fr. 156'969.14 Fr. 157'591.12Cashflow Fr. -1'200'000.00 Fr. 125'870.31 Fr. 125'870.31 Fr. 125'870.31 Fr. 125'870.31 Fr. 125'870.31

Schuldenstand kumuliert Fr. -2'200'000.00 Fr. -2'044'824.57 Fr. -1'889'063.03 Fr. -1'732'703.67 Fr. -1'575'734.53 Fr. -1'418'143.41

Cash flow kumuliert Fr. -1'200'000.00 Fr. -1'074'129.69 Fr. -948'259.37 Fr. -822'389.06 Fr. -696'518.75 Fr. -570'648.44

36


11.8. Resultate

23. Die Bewertung der Umwelteffizienz vergleicht die Zielerreichung (Vergleich zur Referenzanlage) für den Zustand 1 und den Zustand 2 und gibt die Veränderung an. In diesem Fall hat sich die Umweltef-fizienz um 0.94% verbessert resp. die relative Belastung um 0.94% abgesenkt. Die Zielvorgabe (siehe Abschnitt 11.4.6) war 1.36%, deshalb liegt der Erfüllungsgrad für dieses Kriterium bei 68.90%.

24. Die Bewertung der Energieeffizienz vergleicht die Energetische Netto Effizienz der beiden Zustände und ermittelt die Veränderungen. In diesem Fall hat sich die Energetische Netto Effizienz um 0.87% verbessert. Auch hier war die Zielvorgabe 1.36%, deshalb liegt der Erfüllungsgrad für dieses Kriteri-um bei 63.76%.

25. Im ersten Teil der Kennzahlen über die Wirtschaftlichkeit werden die wichtigsten Erträge ausgewie-sen, sofern diese auch eingeschaltet (aktiviert) sind.

26. Die Payback-Zeit zeigt, wie lange es dauert, bis die Schuld getilgt ist. In diesem Musterprojekt sind dies 18 Jahre, die Zielvorgabe liegt bei 15 Jahren. Deshalb beträgt der Erfüllungsgrad für dieses Krite-rium 83.33%.

Die interne Verzinsung wird mittels einer Cashflow-Analyse ermittelt und liegt bei diesem Musterpro-jekt bei 6.18%, die Zielvorhabe liegt bei 5%. Deshalb beträgt der Erfüllungsgrad für dieses Kriterium 100%.

Tabelle 22: Hilfstabelle für die Ermittlung des internen Zinssatzes

ResultateUmweltkennwerte EI'99-aggregated, Hierarchist Differenz UBP Differenz in % EI'99-aggregated, HierarchistUmweltbelastung absolut 1'146'053 - 0.00% 1'146'053 Umweltbelastung absolut pro Tonne Abfall 7.37 Points/t -0.05 -0.63% 7.32 Points/tVergleich zu Referenzanlage gemäss Naturemade 90.6% Relative Belast. -0.94% 89.8%Erfüllungsgrad Umwelteffizienz 68.90%

ErfüllungsgradEnergiekennwerte Differenz ENE Differenz in %Energieeffizienz ENE 0.58ENE 0.01 0.87% 0.59ENE Verkaufter Strom 76'000 MWh/a 3'800 MWh/a 5.00% 79'800 MWh/aVerkaufte Wärme 53'000 MWh/a 2'297 MWh/a 4.33% 55'297 MWh/aErfüllungsgrad Umwelteffizienz 63.76%

ErfüllungsgradWirtschaftlichkeit Differenz in %Verwertungserlös pro Jahr Fr. 19'050'000 Fr. 199'500 1.05% Fr. 19'249'500Energieerlös pro Jahr Fr. 4'380'000 Fr. 210'067 4.80% Fr. 4'590'067Wertstofferlös pro Jahr (sofern aktiviert) Fr. 708'400 Fr. 0 0.00% Fr. 739'097Zusätzliche KEV-Erträge (Mittelwert pro Jahr auf gesamte Lebensdauer) Fr. 0

Andere Erträge (Mittelwert pro Jahr auf gesamte Lebensdauer)Fr. 0

ErfüllungsgradPayback (Jahre) mit Erfüllungsgrad 18 Jahre 83.33%Gesamtresultat über Projektlaufzeit / Durch. Ertrag pro Jahr Fr. 969'147 Fr. 44'052.13interne Verzinsung (Wirtschaftlichkeit) und Erfüllungsgrad 6.18% 100.00%

ErfüllungsgradProjektrelevanz (100% = Erwartungen voll erfüllt) 79.00%

Berechnung interner Zinssatz 6.18%Cashflow 0 01.01.2015 Fr. -1'200'000.00Cashflow 1.Jahr 31.12.2015 Fr. 125'870.31Cashflow 2.Jahr 31.12.2016 Fr. 125'870.31Cashflow 3.Jahr 31.12.2017 Fr. 125'870.31Cashflow 4.Jahr 31.12.2018 Fr. 125'870.31Cashflow 5.Jahr 31.12.2019 Fr. 125'870.31Cashflow 6.Jahr 31.12.2020 Fr. 125'870.31Cashflow 7.Jahr 31.12.2021 Fr. 125'870.31Cashflow 8.Jahr 31.12.2022 Fr. 125'870.31Cashflow 9.Jahr 31.12.2023 Fr. 125'870.31Cashflow 10.Jahr 31.12.2024 Fr. 125'870.31Cashflow 11.Jahr 31.12.2025 Fr. 125'870.31Cashflow 12.Jahr 31.12.2026 Fr. -474'129.69Cashflow 13.Jahr 31.12.2027 Fr. 125'870.31Cashflow 14.Jahr 31.12.2028 Fr. 125'870.31Cashflow 15.Jahr 31.12.2029 Fr. 125'870.31Cashflow 16.Jahr 31.12.2030 Fr. 125'870.31Cashflow 17.Jahr 31.12.2031 Fr. 125'870.31Cashflow 18.Jahr 31.12.2032 Fr. 125'870.31Cashflow 19.Jahr 31.12.2033 Fr. 125'870.31Cashflow 20.Jahr 31.12.2034 Fr. 125'870.31Cashflow 21.Jahr 31.12.2035 Fr. 125'870.31Cashflow 22.Jahr 31.12.2036 Fr. 125'870.31

23

24

25

26

27

37


26. Fortsetzung Die Entwicklung des kumulierten Cashflows wird grafisch ausgewiesen. In der Vorstellung der Aus-wertungen der Projekte wurde auf diese Grafik verzichtet, sie ist jedoch in den detaillierten Auswer-tungen ersichtlich. Hier können mit wenig Aufwand verschiedene Varianten dargestellt werden, in die-sem Fall die Entwicklung des Cashflows für den Fall, dass die Anlage bereits KEV gehabt hätte.

Abbildung 12: Kumulierter Cashflows des Musterprojekts mit und ohne KEV

27. Die Projektrelevanz ist der Durchschnittwert der anderen vier Werte. Ein Projekt, das 80% oder mehr erreicht, ist sehr gut. Werden weniger als 50% erzielt, gibt es vermutlich Projekte, die eine Investition eher rechtfertigen.

Beurteilungsbereiche Zielsetzung Erreichter Wert Beurteilung der Zielerreichung

Umwelteffizienz / Absenkung 1.36% 0.94% 68.9%

Energieeffizienz / Verbesserung 1.36% 0.87% 63.8%

Payback 15 Jahre 18 Jahre 83.3%

Interne Verzinsung 3.00% 6.18% 100%

Gesamtbeurteilung 79%

Tabelle 23: Zusammenfassung der Resultate - Musterprojekt

In der Zusammenfassung der Resultate wird in der Spalte „Erreichter Wert“ die absolute Verbesse-rung ausgewiesen, und in der Spalte „Beurteilung der Zielerreichung“ die relative Verbesserung in Be-zug zur Zielsetzung.

(Fr.1'500'000.00)

(Fr.1'000'000.00)

(Fr.500'000.00)

Fr.0.00

Fr.500'000.00

Fr.1'000'000.00

Fr.1'500'000.00

Fr.2'000'000.00

Fr.2'500'000.00

Fr.3'000'000.00

Fr.3'500'000.00

Fr.4'000'000.00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

Cashflow kumuliert ohne KEV

Cashflow kumuliert mit KEV

38


Bei der Darstellung der Gesamtbewertung können ebenfalls sehr leicht verschiedene Varianten miteinander verglichen werden, hier zum Beispiel wie sehr die Sensivität der „Entwicklung der energetischen Effizienz“ (siehe Abschnitt 11.4.6) bei diesem Musterprojekt einen Einfluss hat.

Abbildung 13: Zielerreichung des Musterprojekts mit Sensivitäten

Die deutlichen Unterschiede bei den verschiedenen Wirkungsgraden mag auf den ersten Blick erstaunen, sinkt doch der zusätzliche Energieertrag im 90%-Fall nur um 10%. Bedenkt man aber, dass im Projekt gleich-zeitig die Abfallmenge erhöht wurde, merkt man sehr schnell, dass damit der Punkt erreicht wurde, an dem der Energie-Mehrertrag praktisch dem Energie-Input durch den zusätzlichen Abfall sehr nahe kommt, also nominal nur noch eine geringe Effizienzsteigerung vorliegt. Wirtschaftlich wären die Mindereinnahmen bei der Energie verkraftbar, insbesondere da die Hälfte der Einnahmen „über die Waage“ kommt, aber der negative Einfluss auf die energetische und ökologische Effizienz wäre gross. Genau für solche Zusammenhänge, die sich nicht auf den ersten Blick erschliessen, ist dieses Berechnungstool konzipiert. Das Fazit für dieses Pro-jekt wäre also, dass der neuen Anlagenteil den Wirkungsgrad von 100% wirklich erreichen oder übertreffen muss.

11.9. Offene Punkte

Folgende Punkte sind noch offen, und müssen in einem nächsten Schritt nach Abschluss der Masterarbeit noch erfolgen:

• Differenzierung der Flugaschen-Entsorgungskosten • Validierung der Kostenangaben für Betriebsmittel, Hilfs- und Wertstoffe • Validierung der Wirtschaftlichkeitsberechnung • Feldfunktion hinterlegen, damit ein Handeintrag sichtbar wird (z.B. Farbwechsel) • Eintrag für einmalige Unterstützungsbeiträge präzisieren und Einbindung überprüfen • Zeitdauer der jährlichen Unterstützungsbeiträge definieren • Bewertungsgewichtung mit verschiedenen Stakeholdern validieren • Gegenseitige Abhängigkeiten besser sichtbar machen (z.B. Dampf/Strom) • Sensivitäten mit Entwicklungskurven hinterlegen (z.B. Abfall- oder Stromerlösentwicklung) • Implementierung der aktuellen Version der VUE-Ökobilanz (Stand März 2016)

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%


Umwelteffizienz


Projektrelevanz




39


12. Auswertungen der Projekte

Insgesamt wurden Projekte in fünf Anlagen ausgewertet, vier davon können in diesem Bericht vorgestellt wer-den. Wie erhofft sind diese aus verschiedenen Bereichen einer KVA, so kann aufgezeigt werden, dass sich Projekte aus den unterschiedlichsten Bereichen miteinander vergleichen lassen. Auch in der Grössen sind sie sehr verschieden, dass grösste der Projekte hat einen Investitionsumfang von CHF 118 Mio. und das kleinste von CHF 1.8 Mio. Im Folgenden wurden die Eingaben und Resultate in vereinfachten Tabellen zusammenge-fasst. Die detaillierten Auswertungen liegen dem Bericht bei, sind jedoch vertraulich.

12.1. Projektübersicht auf den Anlagenbereich

Die vorgestellten Effizienzbereiche sind wie folgt angesiedelt:

Input Kehrichtverbrennungsanlage Output

Abbildung 14: Prozessmodell der Ressourcenströme in einer KVA mit Zuordnung der Projekte

Projekt 1: KVA Winterthur - Saisonspeicher für Brenngut Deponie Riet Mit dem kontinuierlichen Ausbau des Fernwärmenetzes wird die Versorgung mit Brennstoff ein immer wichti-geres Thema in Winterthur. Das Projekt wurde im 2015 im Sinne einer Machbarkeitsstudie durchgeführt, um zu klären, ob die rechtlichen, wirtschaftlichen und energetischen Faktoren für die Umsetzung eines solchen Projekts sprechen. Mit der Ballierung von Abfällen im Sommer und deren Verwertung im Winter als Ersatz zu fossilen Brennstoffen kann einerseits das immer knapper werdende Angebot an Verwertungskapazität im Sommer verbessert und der Abfall bei allfälliger Müllknappheit im Winter verwertet werden, wenn es energe-tisch am sinnvollsten ist.

Projekt 2: KVA Buchs AG – Ersatz der Ofenlinie 3 Im Jahr 2009 entschied die Abgeordnetenversammlung der GEKAL24, KVA Buchs, den Ersatz der Ofenlinie 3. Mit der neuen Ofenlinie 2 konnte ein ganz neuer Anlagenteil realisiert werden. Dieser Ersatz beinhaltete den Umbau der thermischen Anlage sowie den Anlagenunterhalt. Ein grosser Teil des Projekt diente dem Ersatz der Ofenlinie 3, die im Jahr 1984 in Betrieb genommen wurde, aber auch die energetische Effizienz wurde durch entsprechende Massnahmen deutlich verbessert. Das Projekt wurde mit der Inbetriebnahme der neuen Linie 2 im Jahr 2013 abgeschlossen.

24 KVA Buchs - KVA 2010 – Ersatz der Ofenlinie 3 – Botschaft zu Handen der AV vom 17. Juni 2009

Brennstoffe

- Abfall

- Stützbrennstoff

- Verbrennungsluft

Hilfsenergie

- Netzbezug Strom

- Fossile Energie

Betriebsstoffe

- Wasser

- Chemikalien

Feuerung

Kessel

Energie-umwandlung

Turbogruppe/WT

Rauchgas-reinigung

Rückstands-behandlung - Schlacke - Flugasche - Abwasser

Verluste - Rauchgas - Kondensation/Luko - Abstrahlung

Nutz-energie - Dampf - Wärme - Strom

Energie-verkauf - Dampf - Wärme - Strom

Wertstoffe/Metalle

Reststoffe - Schlacke - Flugasche - ABA-Schlamm/Bicarbonat - Chemikalien

Energiespeicherung

Brennstoffspeicherung

Gebäude

Infrastruktur

1

2

3

4

5 6 7

8

9

10 11 12

15

14

16

17 18

21

20

23

26 27

32 28 29

30 31

33

Hilfskessel Fernwärme

13

22

24

19

25 Projekt 1

Projekt 2

Projekt 3

Projekt 4a,b,c

40


Projekt 3: KVA Buchs AG – Nachrüstung eines externen Economisers (ECO) in der Ofenlinie 1 Aufgrund der positiven Erfahrungen mit dem neuen Economiser in der Ofenlinie 2 prüft die KVA Buchs, einen zweiten ECO in der Ofenlinie 1 nachzurüsten. Dieser soll wie bereits der bestehende zwischen Elektrofilter und saurem Wäscher integriert werden.

Projekte 4a,b und c: KVA Thun – Fernwärmeerweiterung ALC-T und ARA Thunersee Die KVA Thun prüft in einer Studie die Erweiterung des Wärmenetzes, verbunden mit der Anpassung des Fernwärmespeichers. Mit der Einbindung des Armeelogistik-Zentrums Thun und der ARA Thunersee stehen zwei mögliche Abnehmer zur Diskussion sowie ein kombiniertes Projekt, das beide Abnehmer einbindet. Gleichzeitig würde das Blockheizkraftwerk, das zurzeit in der ARA Thunersee das Biogas in elektrische Ener-gie und Wärme umwandelt, durch die Einspeisung des Biogases in das Erdgasnetz abgelöst.

12.2. Grundlegende Projekttreiber in diesen vier Projekten

Aus Sicht der KVA sprechen neben dem Ersatz bestehender Anlagenteile zwei gewichtige Gründe für die Effizienzprojekte:

• Verbesserung der Energieeffizienz • Verbesserung der Wirtschaftlichkeit

Die Erreichung guter energetischer Kennzahlen unter gleichzeitiger Verbesserung der wirtschaftlichen Er-tragskraft sind zentrale Anliegen der Projektträger. Mit dem Zerfall der Stromerlöse stehen die KVA auch wirt-schaftlich unter Druck. Der Erlös kann „auf der Waage“ durch die Steigerung der verbrannten Abfallmenge erhöht werden. Dies geht jedoch nur dann nicht zu Lasten der Energieeffizienz, wenn die zusätzlich produzier-te Energie auch abgesetzt werden kann, insbesondere betrifft dies auch die Fernwärme-Abgabe.

Interessanter ist es, sich innerhalb der Anlage zu verbessern, ohne die verbrannte Menge zu steigern. Damit erhöht sich der Wirkungsgrad, der sich aufgrund des Verhältnisses der zugeführten Energie (Abfall) zur abge-gebenen Energie ergibt. Die Projekte sind jedoch mit deutlichen Eingriffen in die Anlage verbunden, und die Investitionen müssen sich auch in einer vernünftigen Zeit amortisieren, um weitere Projekte zu ermöglichen.

Hier hat sich gezeigt, dass Anlagen, die über eine kostendeckende Einspeisevergütung (KEV)25 verfügen, deutlich mehr Spielraum haben, ein Effizienzprojekt anzugehen. In den gerechneten Beispielen halbiert sich in der Regel die Rückzahlungsdauer und die interne Verzinsung verdreifacht sich, wenn die Anlage KEV hat. Einzelne Massnahmen können ohne KEV nicht wirtschaftlich realisiert werden. Damit ist in den untersuchten Fällen auch die Wirksamkeit dieser Fördermassnahme zu erkennen.

Die ökologische Verbesserung steht noch nicht im Zentrum der Überlegungen. In den gezeigten Projekten ist die Verbesserung der Öko-Effizienz ein Nebennutzen, der zwar sehr willkommen ist, aber nicht zu den Projekttreibern gezählt werden kann. Identifiziert man die zentralen Gründe für die Verbesserung der ökologi-schen Effizienz, so sind dies insbesondere zwei, wobei der erstere auch gleichzeitig zu den oben genannten gewichtigen Gründen zählt:

• Verbesserung der ökologischen Effizienz durch die Verbesserung des Wirkungsgrades • Verbesserung der ökologischen Effizienz durch die „absolute“ Senkung der Emissionen

Bei der Verbesserung des Wirkungsgrades wird einerseits der anrechenbare Nutzen in einer Ökobilanz er-höht, andererseits aber auch die relative Umweltbelastung pro Kilowattstunde produzierter Energie gesenkt. Bei der absoluten Absenkung der Emissionen steht deren Reduktion bei gleichbleibendem Energieinput und Energieoutput im Zentrum. Hier kann das entwickelte Modell auch gut die Wirkungsmechanismen aufzeigen, nicht jede „Optimierung“ verbessert auch die Ökoeffizienz.

25 Die Kostendeckende Einspeisevergütung KEV wird über Zuschläge auf die Übertragungskosten der Hochspannungsnetze finanziert. Damit werden Kosten, die nicht durch Marktpreise gedeckt sind, Kosten für die Rückerstattungen bei der Mehrkostenfinanzierung (MKF, und Kosten für wettbewerbliche Ausschreibungen finanziert (Vergl. http://www.stiftung-kev.ch/willkommen.html). Die Vergütungssätze sind festgelegt in der Richtlinie kostendeckende Einspeisevergütung (KEV) Art. 7a EnG Biomasse Anhang 1.5 EnV,Richtlinie Biomasse Anhang 1.5, Stand Mai 2010

41


12.3. KVA Winterthur - Saisonspeicher für Brenngut Deponie Riet

Es wurden zwei Szenarien verglichen, erstens die Umsetzung des Saisonspeichers mit den entsprechenden Investitionen und Betriebskosten und zweitens die Beschaffung von Wintermengen am Markt mit dem daraus resultierenden tieferen Durchschnittserlös. Die Menge, die entweder im Saisonspeicher eingelagert oder am Markt beschafft wird, beträgt 15‘000 Tonnen pro Jahr. Sowohl die Studie als auch die untenstehende Analyse basieren auf der Annahme, dass die Erlösdifferenz über die gesamte Menge für eine Beschaffung der Win-termengen CHF 5.-/t beträgt.

Projektangaben Zustand vor dem Projekt Projektdelta Zustand nach dem Projekt

Betrachtungszeitpunkt 2014 2017

Verbrannter Abfall 164‘610 t/a 15‘000 t/a 179‘610 t/a

Erlösdifferenz zur Beschaf-fung am Markt

CHF 5.-/t

Exportierte elektr. Energie 89‘204 MWh/a 8‘129 MWh/a 93‘333 MWh/a

Exportierte Fernwärme 111‘403 MWh/a 10‘152 MWh/a 121‘555 MWh/a

Exportierter Dampf 5‘166 MWh/a 471 MWh/a 5‘637 MWh/a

Importierte Energie Erdgas 8'486 MWh/a -8'486 MWh/a -

Importierte Energie Öl 52 MWh/a -52 MWh/a -

Hilfsstoffe, Betriebsstoffe und weitere Umweltdaten

Details gemäss Umweltbe-richt

Projektdelta gerechnet auf Basis des Ausgangs-zustandes und der Men-

gendifferenz

Gerechneter Endzustand

Projektinvestition CHF 3'783'000.-

Vorauss. Lebensdauer 20 Jahre

Betriebskosten CHF 675‘660.-/a

KEV vor und nach dem Projekt

Zielsetzung

Ökolog. Verbesserung in % Absenkung um 1.76%

energ. Verbesserung in % Verbesserung um 1.76%

Wirtschaftl. Leistung in % Interner Zinssatz von 3.00%

Angestrebte Payback-Zeit 6 Jahre

Resultate 2014 Projektdelta 2017

Umweltkennwerte EI'99-aggregated, Hierarchist

Differenz in % EI'99-aggregated,

Hierarchist

Umweltbelastung absolut 2'045'292 Points 0.54% 2'056'315 Points Umweltbelastung absolut pro Tonne Abfall

12.43 Points/t -7.86% 11.45 Points/t

Vergleich zu Referenzanlage gemäss Naturemade

120.8% -7.86% 111.3%

Erfüllungsgrad Umwelteffizienz

100%

Energiekennwerte* Energ. Netto Effizienz-Werte und Energieertrag

Differenz in % Energ. Netto Effizienz-Werte

und Energieertrag

Energieeffizienz ENE ENE 0.66 4.13% ENE 0.69 Verkaufter Strom 89'204 MWh/a 9.11% 97'333 MWh/a

Verkaufte Wärme 116'569 MWh/a 9.11% 127'191 MWh/a Erfüllungsgrad Energieeffizienz

100%

Wirtschaftlichkeit bei einer Erlösdifferenz zum Markt von CHF 5.-/t

Payback (Jahre) 14 Jahre

Erfüllungsgrad Payback 42.86%

Interne Verzinsung 1.78%

Erfüllungsgrad Verzinsung 59.41%

Tabelle 24: Projektzahlen – KVA Winterthur

42


Zusammenfassung der Resultate – KVA Winterthur – Saisonspeicher für Brenngut Deponie Riet


Umwelteffizienz / Absenkung 1.76% 7.86% 100%

Energieeffizienz / Verbesserung 1.76% 4.13% 100%

Payback (Diff. 5.-/t) 6 Jahre 14 Jahre 42.86%

Interne Verzinsung (Diff. 5.-/t) 3.00% 1.78% 59.41%

Gesamtbeurteilung (Diff. 5.-/t) 76%

Tabelle 25: Zusammenfassung der Resultate mit einer Differenz von CHF 5.-/t, KVA Winterthur




Payback (Diff. 3.-/t) Kein Payback, Verlust von 330‘000.-/Jahr gegenüber der Marktbeschaffung

Interne Verzinsung (Diff. 3.-/t) keine resp. negative Verzinsung

Gesamtbeurteilung (Diff. 3.-/t) 50% (kein machbares Projekt)

Tabelle 26: Zusammenfassung der Resultate mit einer Differenz von CHF 3.-/t, KVA Winterthur

Wie bereits beschrieben, wurde in der ursprünglichen Studie von einer Erlösdifferenz von CHF 5.-/t ausge-gangen. In diesem Szenario hätte mit dem Projekt ein kleiner Mehrerlös gegenüber der Beschaffung am Markt erreicht werden können. Die Mengensteigerung von 20‘000 Tonnen von 2014 auf 2015 konnte jedoch mit einer Erlösdifferenz von rund CHF 3.-/t über den Markt realisiert werden. In diesem Fall würde das Projekt zu einem jährlichen Verlust von rund CHF 330‘000.- führen. Aufgrund der steigenden Abfallmengen am Markt ist davon auszugehen, dass die Erlösdifferenz in den nächsten Jahren nicht weiter wachsen wird.

Die Verbesserung der Umwelteffizienz beträgt 7.86%, die der Energieeffizienz 4.13%. Beides sind sehr gute Werte in Bezug zur maximal notwendigen Investition. Sofern fossiler Brennstoff durch Abfall ersetzt werden kann, ist eine Erhöhung des Energieanteils aus Abfall immer Effizient. Ein Ballenlager kann unter den be-schriebenen wirtschaftlichen Rahmenbedingungen eine hohe Verfügbarkeit sichern und gleichzeitig Kapazi-tätsengpässe bei der Entsorgung im Sommer vermindern, dies insbesondere in den Revisionsphasen.

Abbildung 15: KVA Buchs AG – Gesamterneuerung - Beurteilung der Zielerreichung in Abhängigkeit zur Investition

Fazit Das Projekt Saisonspeicher macht unter den heutigen Rahmenbedingungen (Abfallmengen am Markt) wirt-

schaftlich keinen Sinn. Es kann jedoch vorteilhaft sein, die rechtlichen Fragen (Zonenkonformität) zu klären

und auch organisatorisch so vorbereitet zu sein, dass bei sich ändernden Bedingungen verhältnismässig rasch reagiert werden kann. Die energetischen und ökologischen Ziele können von beiden Lösungen - Saisonspeicher und Markt - erreicht werden, da die KVA Winterthur aufgrund des Ausbaus der Fernwärme die zusätzlich produzierte Energie auch absetzen kann. Eine Erhöhung der verbrannten Menge ist bei gleichzeitiger Verminderung fossiler Brennstoffe und einem genügend grossem Absatz der Energie durchaus effizient.

0%

20%

40%

60%

80%


Umwelteffizienz


Projektrelevanz

Markt

Saisonspeicher bei Diff. -3 Fr.

Saisonspeicher bei Diff. -5 Fr.

43


12.4. KVA Buchs AG – Ersatz der Ofenlinie 3

Mit dem Ersatz der Ofenlinie 3 durch die neue Ofenlinie 2 wurde nicht nur ein bestehender Anlagenteil erneu-ert, sondern auch die Effizienz der Anlage deutlich verbessert. Im Fokus stand hierbei ganz klar die Verbesse-rung der Energieeffizienz. Das bewertete Projekt ist also die Differenz zwischen der Ersatzinvestition und dem Gesamtumfang des Projekts, wobei das Delta dem Effizienzprojekt zugeordnet wird.



Verbrannter Abfall 117‘412 t/a 6‘178 t/a 123‘590 t/a

Erlösdifferenz -

Exportierte elektr. Energie 45‘046 MWh/a 19‘201 MWh/a 64‘247 MWh/a

Exportierter Dampf 75‘264 MWh/a - 3‘669 MWh/a 71‘595 MWh/a

Importierte Energie Erdgas 129 MWh/a - 115 MWh/a 14 MWh/a

Importierter Strom 383 MWh/a - 221 MWh/a 162 MWh/a



Projektdelta gerechnet auf Basis des Ausgangszustan-des und der Mengendiffe-

renz


Projektinvestition Gesamt CHF 117‘750‘000.- 26

Vorauss. Lebensdauer 25 Jahre

Anteil ordentlicher Ersatz CHF 97‘000‘000.- Betriebskosten für Effizienz-massnahmen

CHF 155‘625.-/a

KEV vor und nach dem Projekt27

Zielsetzung

Ökolog. Verbesserung in % 13.78%

energ. Verbesserung in % 13.78%




Umweltkennwerte EI'99-aggregated, Hierarchist Differenz in %

EI'99-aggregated, Hierarchist

Umweltbelastung absolut 1‘653‘911 Points 6.48 % 1‘761‘023 Points Umweltbelastung absolut pro Tonne Abfall

14.09 Points/t 1.15% 14.25 Points/t


101.5% -4.31% 97.1%


31.29%


Differenz in % Energ. Netto Effizienz-Werte und

Energieertrag

Energieeffizienz ENE 0.44 27.01% 0.56

Verkaufter Strom 45‘046 MWh/a 19‘201 MWh/a 64‘247 MWh/a

Verkaufte Wärme 75‘264 MWh/a - 3‘669 MWh/a 71‘595 MWh/a Erfüllungsgrad Energieeffizienz

100%

Wirtschaftlichkeit bei einer Erlösdifferenz zum Markt von CHF 5.-/t


Erfüllungsgrad Payback 100%


Erfüllungsgrad Verzinsung 100%

Tabelle 27: Projektzahlen – KVA Buchs - Gesamterneuerung

26 Die Investition von 117.75 Mio. ist ein Projektkredit. Die Abrechnung erfolgt im Sommer 2016 und wird im Bereich von 100 Mio. liegen. 27 Die Anlage erreichte im Zuge des Gesamtprojekts den KEV-Satus. Den gesamten daraus resultierenden Mehrerlös dem Effizienzpro-jekt anzurechnen, würde die Bewertung jedoch verfälschen. Deshalb wurde entschieden, nur den durch das Effizienzprojekts erzielten Mehrerlös zu berücksichtigen.

44


Zusammenfassung der Resultate – KVA Buchs AG – Ersatz Ofenlinie 3


Umwelteffizienz / Absenkung 13.78% 4.31% 31.3%


Payback (Diff. CHF 5.-) 20 Jahre 15 Jahre 100%

Interne Verzinsung 3.00% 3.8% 100%


Tabelle 28: Zusammenfassung der Resultate – KVA Buchs - Gesamterneuerung

Der Gesamterfüllungsgrad ist mit 83% gut, wobei die Verbesserung der Umwelteffizienz mit 4.3% am gerings-ten ausfällt. Dafür liegt die Verbesserung der Energieeffizienz mit 27% deutlich über der Zielsetzung für beide Faktoren von 13.78%. Berücksichtigt man die deutliche Verbesserung bei der Energieeffizienz, ist es ein sehr gutes Projekt, das auch im Bereich der Wirtschaftlichkeit die Zielsetzungen erfüllt.

Mit diesem Projekt wurde eindrücklich gezeigt, welche Steigerungen bei einer Gesamtsanierung erreicht wer-den können. Mit weiteren Massnahmen (siehe auch Abschnitt 12.5) und der Erhöhung des Energieabsatzes kann sich die Anlage in den nächsten Jahren nochmals verbessern.

Die Payback-Zeit ist mit 15 Jahren für eine Effizienzmassnahme relativ hoch, da aber die Gesamterneuerung auf 20 Jahre abgeschrieben wird, ist diese lange Rückzahlungsdauer vertretbar. Die interne Verzinsung erfüllt die Zielsetzung und erlaubt einen wirtschaftlichen Betrieb der im Zuge des Projekts umgesetzten Massnah-men. Wirtschaftlich war der Entscheid, mit dem Projekt auch die kostendeckende Einspeisevergütung zu be-antragen, richtig. Ohne diese zusätzlichen Vergütungen hätte das analysierte Projekt nicht wirtschaftlich be-trieben werden können.

Abbildung 16: KVA Buchs AG – Gesamterneuerung - Beurteilung der Zielerreichung in Abhängigkeit zur Investition

Fazit Mit der Effizienzsteigerung im Zuge der Gesamterneuerung konnte die KVA Buchs insbesondere in der Ener-gieeffizienz einen grossen Schritt vorwärts machen. Im Bereich der Umwelteffizienz sind bereits weitere Ver-besserungsmöglichkeiten identifiziert worden, die auch hier nochmals zu einer deutlichen Verbesserung füh-ren werden, dies insbesondere im Bereich der Rückstandsbehandlung.

Bei diesem Projekt zeigt sich auch, wie wichtig die kostendeckende Einspeisevergütung (KEV) ist. In diesem konkreten Fall wäre ohne diese Fördermassnahme eine Effizienzsteigerung nicht wirtschaftlich umsetzbar gewesen.

0%

20%

40%

60%

80%


Umwelteffizienz


Projektrelevanz

Projektbeurteilung

45


12.5. KVA Buchs AG – Externer Economiser (ECO)

Mit dem Einbau eines externen Economisers zur Wärmerückgewinnung aus dem Rauchgasstrom kann wie bereits in der erneuerten Linie 2 die Effizienz der Linie 1 noch einmal verbessert werden. Durch die zusätzli-che Energie, die im thermischen Prozess zur Dampferzeugung zurückgeführt wird, kann die Turbine rund 3‘400 MWh/a mehr Leistung erzeugen.



Verbrannter Abfall 123‘590 t/a - 123‘590 t/a

Erlösdifferenz -

Exportierte elektr. Energie 64‘247 MWh/a 3‘384 MWh/a 67‘631 WWh/a

Exportierter Dampf 71‘595 MWh/a - 71‘595 MWh/a

Importierte Energie Erdgas 14 MWh/a - 14 MWh/a

Importierte Energie Strom 162 MWh/a - 162 MWh/a



Projektdelta gerechnet auf Basis des Ausgangs-zustandes und der Men-

gendifferenz


Projektinvestition CHF 1‘800‘000.-

Vorauss. Lebensdauer 7 Jahre 28

Betriebskosten CHF 13‘500.-/a

KEV vor und nach dem Projekt

Zielsetzung








Hierarchist Umweltbelastung absolut 1‘761‘023 Points 0.00% 1‘761‘023 Points Umweltbelastung absolut pro Tonne Abfall



97.1% -1.46% 95.7%


100%



und Energieertrag Energieeffizienz ENE 0.56 3.59% 0.58

Verkaufter Strom 64‘247 MWh/a 5.27% 67‘631 MWh/a

Verkaufte Wärme 71‘595 MWh/a 0.00% 71‘595 MWh/a Erfüllungsgrad Energieeffizienz

100%

Wirtschaftlichkeit


Erfüllungsgrad Payback 85.7%


Erfüllungsgrad Verzinsung 100%

Tabelle 29: Projektzahlen – KVA Buchs- ECO

28 Die geplante Lebensdauer der Linie 1 geht bis 2023, es ist jedoch wahrscheinlich, dass die Linie 1 darüber hinaus betrieben wird.

46


Zusammenfassung der Resultate – KVA Buchs AG – Externer Economiser (ECO)


Umwelteffizienz / Absenkung Absenkung um 1.17% 1.46% 100%

Energieeffizienz / Verbesserung Verbesserung um 1.17% 3.59% 100%

Payback 6 Jahre 7 Jahre 86%

Interne Verzinsung 3% 12.85% 100%


Tabelle 30: Zusammenfassung der Resultate – KVA Buchs - ECO

Mit einer Verbesserung der Umwelteffizienz um 1.46% und der Energieeffizienz um 3.59% übertrifft das Pro-jekt die Zielsetzungen von 1.17% deutlich. Da diese Effizienzmassnahme die energetische Nutzung des Ab-falls verbessert, sinkt zwangsläufig auch die durch die Verwertung erzeugte Umweltbelastung. Zu beachten ist jedoch, dass durch den ECO dem Abgasstrom auch Energie entzogen wird, die allenfalls in den darauf fol-genden Prozessen zu Veränderungen sowie einer tieferen Temperatur im Kamin führen kann.

Wirtschaftlich ist das Projekt hat sich das Projekt nach 7 Jahren zurückgezahlt, dies entspricht auch der noch geplanten minimalen restlichen Lebensdauer der Linie 1. Die interne Verzinsung ist mit 12.8% sehr gut. Mit einer Gesamtbeurteilung von 96% erreicht das Projekt einen sehr guten Wert.

Wird nun über die Sensitivität angenommen, dass der ECO vom berechneten Energiewert um +/- 20% ab-weicht, sieht man, dass bei 80% Energieertrag immer noch ein wirtschaftlicher Betrieb möglich ist, die Pay-backzeit hat sich jedoch auf 19 Jahre erhöht, was länger sein wird, also die Linie bis zur Gesamtsanierung noch in Betrieb ist. Bei 120% Energieertrag zahlt sich das Projekt jedoch bereits nach 3 Jahren zurück. In beiden Fällen werden die Ziele bei der Energieeffizienz und der Umwelteffizienz erreicht. Da die Leistung des ECO oft durch den Hersteller garantiert werden muss, kann der Wert in der Praxis durchaus über 100% lie-gen.

Abbildung 17: KVA Buchs AG – Projekt ECO - Beurteilung der Zielerreichung in Abhängigkeit zur Investition

Fazit Dieses Projekt zeigt exemplarisch, welche Verbesserungen auch durch „kleinere“ Projekte erreicht werden können. Wenn es die Platzverhältnisse und technischen Gegebenheiten zulassen, ist der Einbau eines ECO sehr interessant.

Wenn durch eine Optimierung des thermischen Prozesses die Effizienz in allen drei Bereichen gesteigert wer-den kann, ist dies viel interessanter, als durch die Erhöhung der verbrannten Menge den grösseren Energie-absatz sicherzustellen, denn damit steigt auch die Umweltbelastung der Anlage.

Wichtig ist jedoch, die Auswirkungen auf den darauf folgenden Prozess abzuschätzen und negative Auswir-kungen, z.B. im Kamin, durch vermehrte Kondensation der Reingase zu identifizieren.

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Energieeffizienz

Umwelteffizienz


Projektrelevanz

ECO bei 80% Leistung



47


12.6. KVA Thun – Fernwärmeerweiterung ALC-T und ARA Thunersee

Das Projekt kann in drei Varianten umgesetzt werden, wobei hier nur der Gesamtausbau beschrieben wird: • Anbindung Armeelogistik-Center Thun ALCT • Anbindung ARA Thunersee • Gesamtausbau mit ALC-T und ARA-Thunersee

Obwohl der Wärmeabsatz deutlich gesteigert werden soll, wird nicht mehr Abfall verbrannt. Dies hat eine Re-duktion der Stromproduktion zur Folge.

Projektangaben Gesamtp. Zustand vor dem Projekt Projektdelta Zustand nach dem Projekt


Verbrannter Abfall 147‘525 t/a - 147‘525 t/a

Erlösdifferenz -

Exportierte elektr. Energie 73‘262 MWh/a - 2‘000 MWh/a 71‘262 MWh/a

Exportierte Fernwärme 52‘559 MWh/a 10‘000 MWh/h 62‘559 MWh/a

Exportierter Dampf 2‘950 MWh/a - 2‘950 MWh/a

Importierte elektr. Energie 332 MWh/a - 332 MWh/a

Importierte Energie Gas - 440 MWh/a 440 MWh/a

Importierte Energie Öl 981 MWh/a - 981 MWh/a



Projektdelta gerechnet auf Basis des Ausgangszustan-des und der Mengendiffe-

renz


Projektinvestition CHF 6‘000‘000.-, davon CHF 500‘000 einmaliges Fördergeld

Vorauss. Lebensdauer 50 Jahre29

Betriebskosten CHF 45‘000.-

KEV Keine KEV-Vergütung

Zielsetzung








Hierarchist Umweltbelastung absolut 1‘023‘266 Points 0.00% 1‘023‘266 Points

Umweltbelastung absolut pro Tonne Abfall



83.4% -2.33% 81.5%


71.7%



und Energieertrag

Energieeffizienz ENE ENE 0.67 2.15% ENE 0.68

Verkaufter Strom 73‘262 MWh/a - 2‘000 MWh/a 71‘262 MWh/a

Verkaufte Wärme 55‘509 MWh/a 10‘000 MWh/a 65‘509 MWh/a Erfüllungsgrad Energieeffizienz

66.0%

Wirtschaftlichkeit


Erfüllungsgrad Payback 100%


Erfüllungsgrad Verzinsung 100% Tabelle 31: Projektzahlen KVA Thun – Gesamtlösung

29 Die Lebensdauer der Fernwärmeerweiterung beträgt 50 Jahre, die Analyse hat jedoch einen maximalen Horizont von 25 Jahren

48


Zusammenfassung der Resultate – KVA Thun für alle drei Varianten

Variante ALC-T







Tabelle 32: Zusammenfassung der Resultate – Variante ALC-T

Variante ARA Thunersee







Tabelle 33: Zusammenfassung der Resultate – Variante ARA Thunersee

Variante ALC-T und ARA Thunersee







Tabelle 34: Zusammenfassung der Resultate – KVA Thun – Gesamtlösung

Sowohl das Teilprojekt ARA Thunersee als auch das Gesamtprojekt erreichen eine sehr gute Gesamt-bewertung, wobei das Gesamtprojekt bei der Umwelteffizienz mit einer absoluten Absenkung von 2.33% gegenüber der Variante ARA Thunersee mit einer Absenkung von 1.09% eine deutlich bessere Bilanz aufweist. Auch in der Energieeffizienz liegt der Gesamtausbau bei einer absoluten Verbesserung von 2.15% zur Variante ARA Thunersee mit 1.42% deutlich vorne.

Mit einer Paybackzeit von 12 Jahren im Falle des Gesamtausbaus bei einer Nutzungsdauer von weit über 25 Jahren erfüllt das Projekt die Zielsetzung. Bei Fernwärmeprojekten ist trotz sehr langer Nutzungsdauer eine vernünftige Paybackzeit wichtig, denn der Wärmebedarf vieler angeschlossener Liegenschaften und Betriebe sinkt mit jeder energetischen Sanierung resp. Effizienzverbesserung dieser Kunden.

Abbildung 18: KVA Thun - Beurteilung der Zielerreichung in Abhängigkeit zur Investition

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Energieeffizienz

Umwelteffizienz


Projektrelevanz

Kombinierte Variante

ALC-T

ARA

49


Fazit Das Gesamtprojekt ist insgesamt die interessanteste Variante und zeigt auf, dass der Ausbau von Fernwär-menetzen immer noch wirtschaftlich sein kann. Dieser Ausbau ist jedoch mit grossen Investitionen verbunden, und dadurch fällt die Beurteilung in den Bereichen Umwelt- und Energieeffizienz eher tiefer aus. Dies ist je-doch ebenfalls dem bereits hohen Effizienzgrad der KVA Thun geschuldet.

Da die KVA Thun im Bereich der Energie- und Umwelteffizienz schon sehr gut ist, was auch die beiden Kenn-werte der Energieeffizienz (2014: 0.67) und der Umwelteffizienz (2014: 83.4%) zeigen, ist hier eine Verbesse-rung deutlich schwieriger zu erreichen, als in einer nicht so effizienten Anlage. Unter Beachtung dieser Aus-gangslage sind die erreichbaren Werte bei der Realisierung des Gesamtprojekts sehr erfreulich.

12.7. Stärken / Schwächen – Analyse über alle Projekte

Alle Projekte, die ich im Zuge dieser Masterarbeit kennenlernen durfte, haben spezifische Stärken und Schwächen, die sich sehr gut dem jeweiligen Projekttyp zuordnen lassen:

- Projekte, die die verbrannte Menge steigern:

Stärken: Ertragssteigerung auf der Waage, Erhöhung der produzierten Energie, Verbesserung der ökologischen Effizienz bei einer Substitution von fossilen Brennstoffen.

Schwächen: Bei begrenzter Abgabe der Energie und fehlender Substitution eine Verschlechterung der energetischen Effizienz. Verschlechterung der ökologischen Effizienz, insbesondere durch mehr Rückstände und höhere Schadstoffbelastungen. Erhöhung des Versorgungsrisikos der Anlage resp. der Abhängigkeit von Marktkehricht, verbunden mit Mindererträgen.

- Projekte, die die energetische Anlageneffizienz steigern:

Stärken: Verbesserung der energetischen und ökologischen Effizienz durch bessere Nutzung des Brennstoffes bei Optimierungen des thermischen Prozesses.

Schwächen: Oft grosse Eingriffe in den thermischen Prozess, die auch Auswirkungen auf andere An-lagenteile haben können. Die Wirtschaftlichkeit ist direkt von der Performance der Optimierung ab-hängig.

- Projekte, die die stoffliche Anlageneffizienz steigern:

Stärken: Höhere Schadstoffausbringung und Rückgewinnung von Stoffen bei der Optimierung der Rückstandsbehandlung. Deutliche Verbesserung der ökologischen Effizienz.

Schwächen: Hohes wirtschaftliches Risiko, da es für die zurückgewonnenen Stoffe einen Markt ge-ben muss und diese auch in einer Qualität vorliegen müssen, um einen Erlös zu ermöglichen, de die Aufwendungen deckt.

- Projekte, die die Energieabgabe steigern:

Stärken: Bessere Nutzung der produzierten Energie, insbesondere bei der Wärmenutzung und damit deutliche Verbesserung der ökologischen und energetischen Effizienz.

Schwächen: Im Bereich der Fernwärme sehr aufwendige Projekte mit grossen Infrastrukturkosten.

- Projekte, die die Anlagenführung optimieren: Stärken: Ohne grössere bauliche Eingriffe in die Anlage umsetzbar. Insbesondere Verbesserung der wirtschaftlichen und/oder der ökologischen Effizienz der Anlage.

Schwächen: Oft komplexe Projekte, da die „bekannte“ Anlagenführung verlassen werden muss, meist verbunden mit Software- und Schulungsaufwand.

Die analysierten Projekte sind alle eine Kombination der verschiedenen Projekttypen, und die Auswertung zeigt, ob die Stärken richtig genutzt und die Schwächen entsprechend berücksichtigt wurden.

Besonders wichtig ist hier, mit verschiedenen Szenarien zu spielen und allenfalls die Sensitivität auf kritische Parameter zu überprüfen, wie dies auch bei den Projekten gemacht wurde.

50


12.8. Erfüllung der übergeordnete Anforderungen an die Projekte

Alle vorgestellten Projekte erfüllen die Anforderungen, die im Kapitel 6 an sie gestellt wurden mit folgenden Anmerkungen:

• Die Projekte müssen die gesetzlichen Anforderungen erfüllen (legal compliance): o Die Zonenkonformität des Saisonspeichers in Winterthur ist zu klären. o Im Falle eines zusätzlichen Wärmetauschers im Rauchgas-Strom ist zu klären, ob kantonale

Vorschriften eine bestimmte Temperatur beim Kaminaustritt vorschreiben. • Die den Projekten zu Grunde liegende Technik muss erprobt sein (Stand der Technik, SdT):

o Alle vorgestellten Projekte entsprechen dem Stand der Technik. • Die Projektträger willigen ein, die Kennzahlen der Projekte und deren Beurteilung im Rahmen dieser

Masterarbeit öffentlich zu publizieren: o Die Projektträger der vorgestellten Projekte haben die sie betreffenden Abschnitte vorab zur

Prüfung erhalten und schriftlich die Erlaubnis zur Publikation erteilt. • Die Projekte sind bereits umgesetzt oder die Planung ist soweit fortgeschritten, dass sich belastbare

Aussagen über die Ressourceneffizienz sowie die ökonomische und ökologische Leistung machen lassen:

o Die vorgestellten Projekte sind bereits realisiert, oder es gibt eine belastbare Datenbasis. • Die Projekte müssen sich innerhalb von fünf Jahren umsetzen lassen:

o Die Gesamterneuerung in Buchs war von Planungsstart bis Umsetzung über dieser Frist von fünf Jahren, alle anderen Projekte erfüllen diese Anforderung.

Die Umsetzungsdauer sollte als zusätzliches Bewertungskriterium verwendet werden. Im Zuge der Masterar-beit bin ich zur Einsicht gekommen, dass sich die Umsetzungsdauer nicht so einfach bewerten lässt. Viel wichtiger sind die mögliche Nutzungsdauer und die damit verbundene Effizienzsteigerung der Anlage. Auch wenn es viele Jahre dauert, bis Projekte realisiert werden, können sie sich durchaus lohnen.

Eine Kenngrösse, die die Umsetzbarkeit der Projekte in anderen Anlagen definiert, konnte nicht gefunden werden, da die Verhältnisse in den einzelnen Anlagen zu spezifisch sind. Auf eine Kenngrösse, die die Imagewirkung des Projekts definiert wurde verzichtet.

Verbundwirkungen resp. Rückwirkungen, d.h. die Berücksichtigung der Abhängigkeiten einzelner Prozess-schritte und deren gegenseitige Beeinflussung im Verbund, wurden mit den Anlagen diskutiert und berücksich-tig (z.B. Stromminderproduktion KVA Thun). Auf eine Bewertung wurde jedoch verzichtet.

12.9. Eigenbeurteilung durch die Anlagen

Mit allen Anlagen wurden die Resultate anlässlich einer Präsentation im Detail besprochen und gemeinsam überprüft, inwieweit sich diese mit den eigenen Erwartungen und Erfahrungen decken. Dabei war die Überein-stimmung der Eigenbeurteilung und der präsentierten Resultate sehr gross.

Nachdem alle Fragen und offenen Punkte bezüglich der Beurteilung geklärt waren haben die Anlagen die Freigabe erteilt. Aus diesem Grund habe ich darauf verzichtet eine Differenzierung zwischen der Beurteilung in dieser Masterarbeit und der Eigenbeurteilung der Anlagen zu machen.

51


13. Zielerreichung und persönliches Fazit

Zielsetzung Wirkungsumschreibung Wirkungsindikatoren

Überblick über aktuelle Effizienz-projekte

Informationen zu den wichtigen Effizienzprojekten sind den Schweizer Anlagenbetreibern zugänglich.

Alle wichtigen Effizienzprojekte wur-den erfasst, die Auswahl der bewerte-ten Projekte ist nachvollziehbar. Der Bericht dient als Grundlage zur eigenen mittelfristigen Planung.

Tabelle 35: Zielsetzung 1 der Masterarbeit

Die Projektrecherche ergab über 40 Projekte und Massnahmen in 15 KVA, 12 davon in der Schweiz. Die Liste ist nicht abschliessend, und es gibt sicherlich noch eine Vielzahl weiterer interessanter Projekte. Schön wäre es, wenn eine öffentlich zugängliche Projektdatenbank existieren würde. Zwar gibt es auf der Ebene des VBSA30 verschiedene Arbeitsgruppen und Gremien sowie auch viel Wissen bei spezialisierten Ingenieur-Unternehmungen, aber eine gemeinsame Datenbank mit Kurzbeschreibungen der Projekte würde den gegen-seitigen Austausch fördern. In diesem Sinne konnte ich mit dieser Masterarbeit das Fenster nur aufstossen, auch da mir die Zeit fehlte, von den einzelnen Anlagen detaillierte Informationen zu den Projekten einzuholen. Die Auswahl der vorgestellten Projekte ist nachvollziehbar und begründet.

Dieses Ziel konnte ich nur teilweise erreichen. Eine erste Übersicht ist geschaffen, aber die Qualität der Informationen reicht noch nicht, um die Projekte sauber einzuordnen und damit die Grundlage für die eigene Erneuerungsstrategie der verschiedenen KVA zu schaffen. Die vorgestellten Projekte erfül-len die Anforderung der Zielsetzung.

Aufzeigen der Wirkung und not-wendiger Erfolgsfaktoren

Die Informationen decken alle Parameter ab, die für die Beur-teilung notwendig sind. Anfor-derungen werden ausgewie-sen.

Die Beschreibung der Projekte und die Bewertung sind verständlich, die Parameter decken alle geforderten Bereiche ab. Die Daten können einfach auf die Verhältnisse der verschiedenen An-lagen adaptiert werden


Das entwickelte Kennwertmodell kann die Wirkung der einzelnen Projekte sehr genau beurteilen und zeigt auch komplexe Zusammenhänge auf. Die wichtigen Parameter sind sauber implementiert und können sehr einfach auf die einzelnen Anlagen übertragen werden. Zusammen mit den Anlagen ist es jeweils in den zwei-stündigen Sitzungen gelungen, sehr schnell und einfach verschiedene Szenarien und deren Auswirkungen durchzuspielen und die Zusammenhänge aufzuzeigen. Bereits während der Masterarbeit ist es darum zur Analyse weiterer Projekte gekommen (ECO in der KVA Buchs sowie Projektvarianten-Studie in der AVAG Thun), und weitere Projekte sind bereits andiskutiert

Dieses Ziel wurde vollständig erreicht, die beteiligten Anlagen konnten mit dem Berechnungstool ihre Fragen und Ideen auf eine einfache und schnelle Weise klären, Zusammenhänge abschätzen und die Wirkung beurteilen.

Vergleichbarkeit der Projekte

Die Systematik der Bewertung erlaubt einen einfachen Ver-gleich in den zentralen Para-metern.

Der Vergleich ist sauber strukturiert und beschränkt sich auf die vorher festgelegten Parameter. Die eigene Effizienz kann einfach in Bezug gesetzt werden.


Alle Resultate sind vergleichbar. Einerseits liegen sie als absolute Werte für die energetische, ökologische und wirtschaftliche Effizienz vor und andererseits werden sie durch einen einheitlich angewendeten Bewertungs-schlüssel in Bezug zur Anlagengrösse gesetzt. Dieser Bewertungsschlüssel wurde gemeinsam mit den Anla-gen definiert. Damit ist es auch möglich, verschiedene Projekte innerhalb einer Anlage oder zwischen ver-schiedenen KVA zu vergleichen.

Dieses Ziel wurde vollständig erreicht, die Bewertung aller Projekte ist einheitlich und die Resultate werden sowohl als absolute wie auch gewichtete Werte in einfacher und verständlicher Form darge-stellt. Projektvarianten oder Projekte anderer KVA können einfach und schnell auf die jeweiligen Ver-hältnisse angepasst werden. 30 Verband der Betreiber Schweizerischer Abfallverwertungsanlagen – Website: http://vbsa.ch/verband/kommissionen/

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Gesamtfazit

Im Zuge dieser Masterarbeit bin ich mir bewusst geworden, dass die Umsetzung von Effizienzmassnahmen einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung der Anlagen bringen kann, dass auf der anderen Seite aber auch ganz grundlegende Treiber diese Entwicklung massgeblich beeinflussen.

Eine der kritischen Entwicklungen ist die stetige Steigerung der verbrannten Menge. Viele Anlagen können und wollen ihre Ofenlinien maximal auslasten. Einerseits ist dies möglich, da zurzeit insbesondere in der Deutschschweiz genügend brennbare Abfälle zur Verfügung stehen und andererseits sind die Anlagen in ein-wandfreiem technischem Zustand, der eine Vollauslastung möglich macht. Da aber die Energieabgabe in vie-len Anlagen auf Seite der Fernwärme- und der Prozessdampfbezüger begrenzt ist, wirkt diese Mengensteige-rung möglichen Effizienzmassnahmen entgegen.

Die Standorte der Anlagen und ihre Kapazität sind in vielen Fällen gegeben und nicht in eine übergeordnete Planung eingebunden. Im Kanton Zürich gibt es diese Planung bereits seit 2003 und wird seither regelmässig fortgeführt. Erste gemeinsame Planungsgespräche finden auch in anderen Regionen statt, aber von der richti-gen Kapazität am richtigen Ort sind wir noch etwas entfernt.

Mit dem neuen Berechnungstool gelingt es, jeder Anlage in einfacher Weise die Auswirkungen der verschie-denen Strategien aufzuzeigen und in Varianten zu denken. Nicht immer ist die Steigerung der Menge zielfüh-rend, auch wenn dies oft aus wirtschaftlichen Überlegungen interessant erscheint. In diesem Sinne ist es mir persönlich gelungen, die Zusammenhänge besser zu verstehen und auch auf eine Art und Weise zu visuali-sieren, die für die Adressaten dieser Masterarbeit, die Entscheidungsträger in den Geschäftsleitungen und den Trägerschaften der KVA, einfach nachvollziehbar ist.

Der angeregte Austausch mit den an dieser Masterarbeit beteiligten Anlagen und die sehr positiven Rückmel-dungen stimmen mich optimistisch, dass die Schweizer KVA weiterhin gemeinsam an ihrer Ressourceneffizi-enz arbeiten werden, und die analysierten Projekte haben gezeigt, wieviel machbar ist.

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14. Quellen und weiterführende Informationen

• Anleitung mit Checkliste zur Energieoptimierung von Kehrichtverbrennungsanlagen, BFE, Schlussbe-richt, Dr. S. Egli, S&A Engineering AG, Bern, März 2005

• Bundesamt für Energie BFE, Umrechnungsfaktoren, Masseinheiten und Energieinhalte - Studienun-terlagen WERZ – Zug, 2014

• BREF/ BAT Waste Incineration: Reference Document on Best Available Techniques for Waste Incin-eration, August 2006 - http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/wi.html

• Die Zukunft leitungsgebundener Energieversorgungssysteme, Schlussbericht, Bundesamt für Energie BFE, econcept AG, Bern, 03.05.2011

• Dokumente der KVA Buchs:

o Energiezahlen der KVA Buchs AG, Rytec, Mail vom 21.01.2016

o KVA 2010 – Ersatz der Ofenlinie 3 – Botschaft zu Handen der AV vom 17.06.2009

o Bericht Emissionsmessungen 2011, 2014 und 2015 erhalten am 04.12.2015

o Statistische Angaben 2012/2013 erhalten am 04.12.2015

o Aufstellung Dampfproduktion 2012 und 2014 vom 03.12.2015

o Analyse Schlackenentmetalisierung vom 26.03.15

o Berechnung Kanalisationsgebühr 2012 und 2014 vom 03.12.2015

o Datenblatt zur Energienutzungsgradsteigerung Externer Eco aus dem Bericht von Rytec vom 09.02.2016

o Mail vom 08.02.2016 – Erdgas- und Wasser-Verbrauch

o 44. Geschäftsbericht über das Jahr 2012

o 46. Geschäftsbericht über das Jahr 2014

• Dokumente der KVA Thun:

o Energiezahlen der KVA Thun, Rytec, Mail vom 02.02.2016

o Wartungsprotokoll Gasanalyse vom 27.08.15

o Unterlagen der Naturemade Recycling Star Prüfung vom 11.02.2016 mit allen relevanten Umweltdaten

o Skizze Fernwärmeprojekt vom 03.07.2015

o Plan des Vorprojekts Fernwärmeanschluss ARA Thunersee vom 12.05.2015

o Mail vom 15.02.2015 mit Betriebsmitteldaten und –Kosten

o Beispiele für Wärmeauskopplung von H+I GmbH

• Dokumente der KVA ERZ Hagenholz:

o Energiezahlen der KVA Hagenholz, ZAV, Bericht vom 16.02.2015

o Angaben zu den Werten anlässlich der Besprechungen vom 11.02.2016

o Umweltberichte z.H. AWEL für das Jahr 2014 und 2015

o Weisung des Stadtrates von Zürich an den Gemeinderat vom 14.01.2015

• Dokumente der KVA Winterthur:

o Energiezahlen der KVA Winterthur, ZAV, Bericht vom 24.2.2015

o Angaben zu den Werten anlässlich der Besprechungen vom 02.03.2016 und 08.03.2016.

o Umweltbericht z.H. AWEL für das Jahr 2014 und 2015

o Machbarkeitsstudie „Saisonspeicher für Brenngut, Deponie Riet“, GEO Partner AG, vom 09.11.2015

• Eco-Indicator – Erklärung, https://de.wikipedia.org/wiki/Eco-Indikator_99

• Einheitliche Heizwert- und Energiekennzahlenberechnung der Schweizer KVA nach europäischem Standardverfahren, Resultate 2014, BAFU/BFE – VBSA – Rytec, Bern, 10. April 2015

• Energiepreise für Wirtschaftlichkeitsrechnungen bei energetischen Massnahmen 2012/2013 – Stadt Zürich, Zürich, 29.10.2012

• Energieverordnung Stand 1. Januar 2011, http://www.admin.ch/ch/d/sr/7/730.01.de.pdf

54


• Feststellung und Anwendung des „Standes der Technik“ für die Energienutzung in KVA, AWEL, Zü-rich, 6.12.2011

• Kennwertmodell erstellt durch Laura Tschümperlin, treeze Ltd.im Auftrag des VUE, Zürich, September 2015

• Ökobilanzkriterien des Labels Recycling Star, Laura Tschümperlin, Rolf Frischknecht, Treeze im Auf-trag des VUE, Zürich, 15.6.2015

• Richtlinie kostendeckende Einspeisevergütung (KEV) Art. 7a EnG Biomasse Anhang 1.5 EnV,

Richtlinie Biomasse Anhang 1.5, Stand Mai 2010

• Richtlinie Masterarbeit, Master of Advanced Studies (MAS), Fachhochschule Ostschweiz (FHO) in Energie und Ressourceneffizienz am Institut WERZ der HSR Hochschule für Technik Rapperswil, Version 01/2015

• Stiftung KEV, Website: http://www.stiftung-kev.ch/willkommen.html

• Transformation der Abfallverwertung in der Schweiz für eine hohe und zeitlich optimierte Energieaus-nutzung, Schlussbericht, Bundesamt für Energie BFE, econcept AG und Rytec AG, Bern, 30.6.2014

• Verband der Betreiber Schweizer Abfallverwertungsanlagen VBSA, Übersicht über die Standorte Schweizerischer KVA, http://vbsa.ch/anlagegruppen/kva/

• Verband der Betreiber Schweizerischer Abfallverwertungsanlagen VBSA, Website – Verzeichnis der Fachkommissionen Thermische Behandlung und Energie: http://vbsa.ch/verband/kommissionen/

• Zertifizierungsrichtlinien Ressourcen Star für KVA, Bestimmungen und Kriterien, Version 1.1, VUE, Zürich, Stand 18.03.2016

55


15. Glossar

ALC-T Armeelogistikcenter Thun

ARA Abwasserreinigungsanlage

AWEL Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft des Kantons Zürich

BAFU Bundesamt für Umwelt

BFE Bundesamt für Energie

BREF Best Available Techniques Reference31

CD Compact Disk

ECO Economiser / Wärmetauscher

ECTS European Credit Transfer System

EI’99 Eco-Indicator 99

ENE Energetische Netto Effizienz

ENV Energieverordnung

FLUWA Flugaschenwäsche

GuD Gas und Dampf

HSR Hochschule für Technik Rapperswil

KVA Kehrichtverwertungsanlage

KEV Kostendeckende Einspeisevergütung

LCA Life Cycle Analyses, Ökobilanz

MAS Master of Advanced Studies

MBA Müllbehandlungsanlagen

MWh/a Megawattstunden pro Jahr

SCR/SNCR Verfahren zur Stickoxydminderung, Entstickung (Katalysator)

SdT Stand der Technik

SVA Schlammverbrennungsanlage

t/a Tonnen pro Jahr

VBSA Verband der Betreiber Schweizerischer Abfallverwertungsanlagen

WERZ Institut für Wissen, Energie und Rohstoffe Zug, Hochschule Rapperswil

WT Wärmetauscher

WWF World Wide Fund for Nature

ZAV Zürcher Abfallverwertungs AG

31 BREF/ BAT Waste Incineration: Reference Document on Best Available Techniques for Waste Incineration

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16. Anhänge

• Anhang 1: Detaillierte Daten der KVA Winterthur – Saisonspeicher für Brenngut Deponie Riet –

4 Seiten - Vertraulich • Anhang 2: Detaillierte Daten der KVA Buchs AG – Ersatz der Ofenlinie 3 – 4 Seiten - Vertraulich • Anhang 3: Detaillierte Daten der KVA Buchs AG – Nachrüstung eines externen Economisers (ECO) in

der Ofenlinie 1 – 4 Seiten - Vertraulich • Anhang 4: Detaillierte Daten der KVA Thun – Fernwärmeerweiterung Gesamtprojekt – 4 Seiten - Ver-

traulich

Documents

Zukunft ressourcengeführte KVA - OST