Energie-Effizienz am Beispiel der Neuen Monte Rosa
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Energie-Effizienz am Beispiel der Neuen Monte Rosa-Hütte Lino Guzzella Einstimmung Wir sind alle abhängig von den industriellen Produkten und von der Technik. Ein Leben ohne Technik und die Erkenntnisse der Wissenschaften ist keinen Tag mehr denkbar. Ein Mensch aber, der Sklave dessen ist, was er verachtet, stürzt in eine Katastrophe. Jeanne Hersch (1910-2000) Prognosen Quelle: IEA Anzahl Autos pro 1000 Personen Beispiel – Autodichte 900 USA 800 700 Germany Italy 600 France Canada 500 Japan UK 400 Poland 300 Russia 200 100 India 0 0 Malaysia Korea Israel Mexico Brazil Thailand China 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 Bruttoinlandprodukt ($ US) Quelle: OECD/IEA (2006) Beispiel – Brot Nutzenergie 10 MJ/kg (230 kcal/100 g) Laden Bäckerei Mühle Transport Landwirtschaft Summe 0.6 MJ/kg (0.1 kWh/kg, ηel=0.6) 6.0 MJ/kg (1 kWh/kg, ηel=0.6) 1.2 MJ/kg (0.2 kWh/kg, ηel=0.6) 0.2 MJ/kg (total 200 km Distanz) 1.5 MJ/kg (250 l Diesel/ha, 6000 kg/ha) 9.5 MJ/kg Fossile Primärenergie Annahme: elektrische Energie wird aus fossilen Energieträgern mit 60% Wirkungsgrad erzeugt Aufteilung Nutzleistung pro Person (OECD Länder 4.3 kW, CH 6 kW, …) Flugzeuge, Schiffe 11% Diesel LKW Diesel/Benzin PKW Nahrung 2% 10% Strom Haushalt 5% 15% Strom Industrie Gewerbe 15% Wärme Industrie Gewerbe Quelle: H. U. Hörler, ETHZ 2000 23% 20% Wärme Haushalt • Meinrad Eberle – ETH Zürich • Andrea Deplazes – ETH Zürich • Hansjürg Leibundgut – ETH Zürich • Urs-Peter Menti – Hochschule Luzern • Matthias Sulzer – Lauber IWISA • … und viele mehr! http://www.neuemonterosahuette.ch/ • 2‘883 m ü.M. • Extreme klimatische Bedingungen • Brennstoff-Transport mit Helikopter • Ziel Autarkiegrad von mindestens 90% (ohne Kochen) PV: ca. 80m2 Batterie: ca. 280 kWh BHKW: ca. 8 kW-el Konzept: Leibundgut/Menti Quelle: Lauber IWISA AG Kollektoren: ca. 60 m2 Wärmespeicher: 2 x 2200 l Kombispeicher (Puffer-Boiler): 1450 l/270 l BHKW: ca. 30kW-th Konzept: Leibundgut/Menti Quelle: Lauber IWISA AG 15‘ Kaverne: 120 m3 Grauwassernutzung Abwassertank: ca. 5 m3 Konzept: Sulzer/Menti Quelle: Lauber IWISA AG Problemstellung • Funktion von Einzelkomponenten bereits weit gehend optimiert • Energiesparpotential liegt in der Optimierung des Zusammenspiels der Komponenten • Prognosen über zu erwartende Wetter- und Belegungsprofile können weitere grosse Vorteile bringen Beispiel Autofahren Reine Regelung Modellbasierte Vorausschauende Optimierung Quelle: E.F. Camacho and C. Bordons. Model Predictive Control. Springer Verlag, London, 1999. Modellbasierte Vorausschauende Optimierung d x(t) = f (x(t),u(t)) dt Quelle. Hochschule Luzern, Projektskizze Innovation Energiemanagement € Beispiel Monte Rosa-Hütte „Dyamic Programming“ Wie findet man das absolute Optimum? Man muss die “Zukunft kennen” und ein „Modell“ haben! Wetter, Belegung, … prognostizierbar. Werkzeug: DP. Wie weiter? • Einweihung Herbst 2009, danach zuerst Phase I: Inbetriebnahme konventionell • Parallel dazu Phase II: Entwicklung und Validierung mathematische Modelle, Aufbau Visualisierungssystem, Entwicklung Optimierungsalgorithmen, Test und Implementation • Phase II Partner: Siemens Building Technologies und Hochschule Luzern. Diverse Sponsoren und Gönner: Stiftung Propter Homines Vaduz, Bundesamt für Energie und Bundesamt für Umwelt Breitenwirkung? Der Wert und der Preis von Energie Mechanische Dauerleistung Mensch = 100 W Preis von 1 kWh elektrische Energie = 0.2 Fr. Zeit um diese Energie zu “produzieren” = 10 h Stundenlohn also 0.02 Fr. Merci für Ihre Aufmerksamkeit!
