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ASFINAG - Energieeffizienz und Erneuerbare Energien

Wolfgang Glatzl, Christoph Brunner,Lorenz Artaker, Winfried Braumann, Thomas Steiner und Andreas Fromm

AEE INTEC entwickelte gemeinsam mit REENAG eine Strategie für den Einsatz von erneuerbaren Energie- und Energieeffizienzmaßnahmen für Österreichs Autobahninfrastruktur.Darunter fallen 2.200 Straßenkilometer, 125 Tunnel, zahlreiche Park- und Rastplätze sowie Autobahnmeistereien und Bürostandorte.

Energieverbrauch Status Quo

In einer Vorstudie wurden die Energieverbräuche der verschiedenen Verbrauchssektoren nach Energieträgern aufgeschlüsselt. Die Tunnelstandorte haben einen jährlichen Stromverbrauch von 82,9 GWh/Jahr und sind damit der größte Energieverbraucher der ASFINAG (44%). Daneben sind die Standorte mit Heiz- und Strombedarf sowie die Betriebsflotte mit Treibstoffbedarf die wesentlichen Verbrauchssektoren.

Im Folgenden soll im Detail auf die Tunnelstandorte als größtem Energieverbraucher eingegangen werden. Die Studie umfasste jedoch auch Umsetzungspotenziale für Rastplätze und Autobahnmeistereien.

Potenziale von erneuerbaren Energieträgern für Tunnelstandorte

Der Strombedarf der rund 125 Autobahn-Tunnel in Österreich setzt sich vor allem aus Beleuchtung und Belüftung zusammen. Der Einsatz von erneuerbaren Energieformen vor allem von Photovoltaik (PV) ist deshalb günstig, weil der Bedarf tagsüber steigt, und weil nachts die Beleuchtung gedimmt werden kann. Ein hoher Eigenverbrauchsanteil und eine gute Wirtschaftlichkeit sind dadurch möglich.

Konkret wurde für die Tunnelstandorte der Einsatz von Windkraftanlagen, Kleinwasserkraftwerken und Photovoltaik-Anlagen evaluiert. Unterschiedliche Vorstudien in den einzelnen Teilen sollten genutzt werden.

Wind

Das mögliche Windertragspotenzialwurde mittels Global Wind Atlas[1] für verschiedene Standorte abgeschätzt und eine Vorauswahl getroffen. Für die ausgewählten 20 Standorte wurde mittels Scoring System mit folgenden Kriterien eine Umsetzbarkeit überprüft:

  • Genehmigungssituation lt. Raumordnung

  • Geeignete Eigenflächen vorhanden

  • Eigener Energiebedarf lokal gegeben

  • Standortbedingte Errichtungskosten

Das Scoring-System ergab eine gute Eignung für Gleinalmtunnel, Pfändertunnel, Tauerntunnel, Plabutsch und Neumarkt (OÖ).

Es wurden auch verschiedene innovative Formen der Windkraftnutzung evaluiert. Die Einbettung von Windturbinen in Brücken kann zwar optisch ansprechend gelöst werden, allerdings waren Sicherheitsbedenken bezüglich der Statik ein K.o.-Kriterium für eine Umsetzung in bestehenden Brücken-Bauten. Für die Nutzung des Kolbenschub-Effekts wurde die Windbelt-Technologie entwickelt, die durch die Schwingung eines Kunststoffbands Strom induziert. Eine weitere Windquelle ist der Kamineffekt in vertikalen Tunnelschächten, der jedoch bei nur 2 m/s liegt.

Wasser

In dieser Machbarkeitsstudie wurden die verfügbaren Kleinwasserkraftpotenzialeim unmittelbaren räumlichen Umfeld von ASFINAG-Tunneln untersucht und die technische und wirtschaftliche Machbarkeit einer Erschließung dieser Potenziale durch die Errichtung von Kleinwasserkraftwerken analysiert. Für die identifizierten Standorte wurden Investitionskostenschätzungen und Jahresarbeitsschätzungen vorgenommen und mit Hilfe einer Amortisationsrechnung die Wirtschaftlichkeit der Erschließung ermittelt.

Insgesamt wurden 11 Standorte besichtigt und die Machbarkeit mit konkreteren wirtschaftlichen Zahlen hinterlegt. Die Standorte Klaus, Falkenstein, Lainberg, Bosruck, Tauerntunnel, Karawankentunnel, Semmeringtunnel und Flirsch wurden als machbar eingestuft. Am Beispiel Flirsch wurde von REENAG eine detaillierte Gegenüberstellung von Finanzierungsmethoden durchgeführt und vor allem eine interne Projektabwicklung einem Outsourcing gegenübergestellt.

Photovoltaik

Auch für die Einsetzbarkeit von Photovoltaik wurde eine Vorauswahl getroffen. Mit Hilfe des Geoinformations-Tools QGIS und entsprechender GIS-Daten der ASFINAG wurden in einem ersten Schritt sämtliche Tunnel-Standorte voruntersucht. Ausscheidungskriterien waren starke Verschattung und ein Mangel an verfügbaren Flächen.

Für insgesamt 37 Standorte wurde eine Photovoltaik-Simulation durchgeführt und verfügbare Flächen in einem neuen Shape-Layer eingezeichnet, wodurch die exakte Grundfläche automatisch extrahiert werden konnte. Abbildung 1 zeigt die Identifizierung einer Tunnelportal-Einhausung als potenzielle PV-Fläche (orange Fläche).

Abbildung 1: Ausschnitt aus QGIS (http://www.qgis.org/) mit ASFINAG-Grundflächen (halb-transparente, türkise Fläche), Tunnel-Röhren (dünne, rote Linien) und potenzieller PV-Fläche (orange Fläche)

Abbildung 2 zeigt auf einen Blick das Ergebnis der Analyse aller 37 identifizierten Standorte. Die Größe der Kreise ist proportional zur installierbaren PV-Leistung. Es wurde festgelegt, dass 100 % des produzierten PV-Stroms intern verwendet werden sollen um den positiven Effekt der Eigenverbrauch-Verwendung voll auszuschöpfen. Dabei wurde die PV-Anlage auf die Grundlast des Tunnels ausgelegt, obwohl tagsüber Lastspitzen anfallen. Weiters wurden zukünftige Energieeffizienzmaßnahmen wie der Einsatz von LED-Beleuchtung ebenfalls berücksichtigt. Dadurch sinkt die Auslegungsgröße der PV-Anlagen erneut deutlich.

Aus der Analyse der PV-Standorte ergeben sich vier konkrete Handlungsempfehlungen:

  • „Umsetzen!“:Tunnelstandorte mit guter solaren Einstrahlung und genügend Flächenangebot für eine PV-Anlage. Zusätzlich handelt es sich tendenziell um mittlere und größere PV-Anlagen, was sich positiv auf die spezifischen Kosten auswirkt.

  • „Weitere Flächen suchen!“:Zur zweiten Gruppe gehören ebenfalls sehr attraktive Standorte mit großer möglicher PV-Fläche. Allerdings sollten hier zusätzliche Flächen identifiziert werden, um das gute Potenzial besser auszunutzen.

  • „Einspeisung forcieren!“In der dritten Gruppe befinden sich viele kleine Tunnel, die in der Grafik eine untergeordnete Rolle zu spielen scheinen. Allerdings kann deren Potenzial erheblich gesteigert werden, wenn man die 100%-Eigenverbrauchs-Prämisse lockert und eine teilweise Einspeisung in das Stromnetz in Kauf nimmt.

  • „Abwarten!“Die Standorte dieser Gruppe haben solare Einstrahlungswerte von unter 1.000 kWh/kWpeak und sollten deshalb nicht primär mit einer PV-Anlage ausgestattet werden.

Abbildung 2: Analyse der 37 detail-simulierten potenziellen PV-Standorte. Der spezifische Stromertrag von gut geeigneten Anlagen liegt zwischen 1000 und 1200 kWh/kWp.Jahr, die Anlagengröße wird durch Kreise dargestellt, wobei die Größe der Kreise proportional zur installierbaren PV-Leistung ist. Mit der gewählten Leistung ergibt sich eine solare Deckung von 5,1 – 7,0% (Anteil PV-Strom zu Gesamtstrombedarf). Ehrentaler und Katschberg sind als Standorte für PV-Anlagen besonders geeignet, für die Standorte Bosruck und Pfänder sollte vor einer Umsetzung noch zusätzliche Fläche identifiziert werden und am Standort Plabutsch wurde bereits eine PV-Anlage (55 kWp) installiert.

Potenziale von erneuerbaren Energieträgern bei Rastplätzen und Autobahnmeistereien

In einer Studie der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) [2] wurde sehr detailreich das Potenzial der Biomasse der Autobahnbegleitflächen erhoben. Die Ergebnisse der Studie wurden übergeleitet in ein internes Nutzungskonzept, bei dem Eigenholz (Biomasse der Autobahnbegleitflächen) in Biomasse-Heizungen von nahen Autobahnmeistereien genutzt werden können. Außerdem wurde

unter Berücksichtigung des jetzigen Energieverbrauchs der Rastplätze der Einsatz von Photovoltaik und Solarthermie in verschiedenen Varianten und Kombinationen überprüft und berechnet. Allerdings wurde in Diskussion mit Vorstand und Nachhaltigkeitsteam der ASFINAG erarbeitet, dass die Rastplätze eine weitaus bedeutendere Rolle für die Energiezukunft Österreichs spielen können. Aufgrund ihrer Verteilung entlang des hochrangigen Straßennetzes in ganz Österreich könnten die ASFINAG Rastplätze eine ideale Infrastruktur für ein flächendeckendes Ladestationen-Netz für Elektroautos darstellen. Dadurch muss auch der Einsatz von erneuerbarer Energieformen wie Photovoltaik neu überdacht und berechnet werden.

Zum anderen fällt an den Rastplätzen ein erheblicher Anteil an Abwässern aus WC-Anlagen an, wobei der in diesem Abwasser enthaltene Stickstoff in konventionellen Abwasserreinigungsanlagen für hohe Energiekosten sorgt. Durch Nutzung dieser Stickstoffverbindungen in Form von Ammonium könnte der Stickstoff als Pflanzennährstoff verwertet werden. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt wollen AEE INTEC und ASFINAG diese Fragestellung näher untersuchen.

Zusammenfassung und Ausblick

In Summe beträgt das mittelfristig umsetzbare Potenzial an Energieerzeugung bzw. -einsparung 25.311 MWh/a. Bezogen auf den derzeitigen, für den Betrieb von Österreichs Autobahninfrastruktur notwendigen Endenergieverbrauch von 187.870 MWh/a sind das 13,5%.

Darüber hinaus wurden langfristige Strategien für und mit der ASFINAG in Richtung nachhaltigem und innovativem Energie- und Ressourcen-Konzept erarbeitet. Aufgrund des Netz-Charakters der hochrangigen Straßeninfrastruktur ergeben sich neue Chancen für eine intelligente Verschränkung mit den Energienetzen der Zukunft. Die mögliche Nutzung dieser Infrastruktur für zukünftige Konzepte der Elektro- oder Wasserstoff-Mobilität stellt für die ASFINAG große Herausforderungen aber auch große Chancen dar.

Quellen

[1] DTU 2016 – Global Wind Atlas http://www.globalwindatlas.com/

[2] Universität für Bodenkultur Wien, Interuniversitäres Department für Agrarbiotechnologie 2009 – Erstellung eines Konzeptes zur alternativen Nutzung von Autobahnbegleitflächen

Autorenbeschreibung

Dipl.-Ing. Wolfgang Glatzl ist wissenschaftlicher Mitarbeiter des Bereichs industrielle Prozesse und Energiesysteme – IPE bei AEE INTEC ( This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. )

Dipl.-Ing. Christoph Brunner ist Leiter des Bereichs industrielle Prozesse und Energiesysteme – IPE bei AEE INTEC ( This e-mail address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. )

Lorenz Artaker MMSc ist Senior Project Manager von REENAG

Dr. Winfried Braumann ist Managing Director von REENAG

Dipl.-Ing. Thomas Steiner ist Nachhaltigkeitsbeauftragter der Abteilung Technische Koordination der ASFINAG Holding.

Dipl.-Ing. Andreas Fromm ist Leiter der Abteilung Technische Koordination der ASFINAG Holding.

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