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(German)
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Das DeCarbCH-Projekt zielt auf die Dekarbonisierung von Heizen und Kühlen in der Schweiz innerhalb der nächsten drei Jahrzehnte, und bereitet weiter den Weg hin zu negativen CO2-Emissionen. Das übergeordnete Projektziel (mit dem letztendlichen Ziel von Netto-Null-Emissionen) besteht darin, die Umsetzung von erneuerbaren Energien für Heizen und Kühlen im Wohnungssektor (verschiedener Grössen und Urbanisierungsgrade) sowie im Dienstleistungs- und im Industriesektor zu befördern, zu beschleunigen und die damit verbundenen Risiken zu minimieren. Dieses Ziel soll wie folgt erreicht werden:
- Bereitstellung von Handlungsempfehlungen, wo, in welchem Ausmass und wann welche Technologien miteinander kombiniert werden sollen
- Entwicklung, Pilot- und Demonstrationsprojekte von Kombinationen wirtschaftlich realisierbarer Technologien, was zur Senkung der Kosten für erneuerbares Heizen und Kühlen in allen Sektoren beitragen wird
- Durchführung modellbasierter Analysen zur Unterstützung der Planung, unter anderem durch die Entwicklung von Szenarien zu Angebot, Verteilung und Nachfrage von erneuerbarem Heizen und Kühlen
- Quantifizierung des Wertes von erneuerbarem Heizen und Kühlen sowie von negativen CO2-Emissionen
- Bereitstellung evidenzbasierter Handlungsempfehlungen zur Umsetzung erneuerbaren Heizens und Kühlens durch Politikmassnahmen und gesetzliche Regelungen sowie Einbeziehung einschlägiger Akteure mit dem Ziel, das erforderliche Akzeptanzniveau zu erreichen.
Das DeCarbCH-Projekt konzentriert sich auf drei Hauptkomponenten: i) innovative erneuerbare Energiebereitstellungs- und Umwandlungstechnologien, ii) Fernwärme- und Fernkältenetze und iii) Energiespeicherung. Für diese Komponenten ermitteln wir optimale Kombinationen (in Bezug auf Technik, Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit) sowie die erforderlichen und anzustrebenden Bedingungen für ihre Umsetzung. Ein lösungsorientierter interdisziplinärer Ansatz wird für das Projekt als Ganzes sowie innerhalb jedes einzelnen Arbeitspaketes angewandt. Die Arbeitspakete (AP) befassen sich mit Subsystemen (z. B. AP3 mit Netzwerken in Kombination mit erneuerbaren Energien und Energiespeicherung, AP4/AP10 mit dem Industriesektor und AP5/AP11 mit Lösungen hauptsächlich für eigenständige Systeme unter Nutzung erneuerbarer Energien), sie beinhalten Fallstudien (AP6 in Zürich und AP7 in der Romandie), oder sie wenden spezifische Ansätze an (AP2/AP9: gesetzliche und sozioökonomische Integration, und AP1/AP8: Energiesystemmodellierung). Alle Arbeitspakete münden in Empfehlungen für politische Entscheidungsträger und für andere Akteure.
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Short description
(English)
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The DeCarbCH project addresses the colossal challenge of decarbonisation of heating and cooling in Switzerland within three decades and it prepares the grounds for negative CO2 emissions. The overall objective of the project (with the ultimate target of net zero emissions) is to facilitate, speed up and de-risk the implementation of renewables for heating and cooling in the residential sector (for various scales and degrees of urbanization) as well as for the service and the industry sector
- by providing guidance on which combinations of technologies to implement where, to which extent and when
- by developing, piloting and demonstrating combinations of commercially viable technologies thereof, consequently helping to drive down the cost of renewable heating and cooling in all sectors
- by conducting model-based analyses that support planning, inter alia by the development of scenarios representing the supply, distribution and demand of renewable heating and cooling services
- by quantifying the value of both renewable heating and cooling as well as of negative CO2 emissions
- by providing evidence-based guidance on how to enable the implementation of renewable heating and cooling by policies and by legal measures as well as by engaging with the relevant actors and ensuring the necessary level of acceptance.
The DeCarbCH project focusses on three main components, i.e. i) advanced renewable energy and transformation technologies, ii) thermal grids (for heating and cooling) and iii) energy storage. For these, we establish optimal combinations (in technical, economic and environmental terms) as well as necessary and desirable conditions for their implementation. A solution-oriented, interdisciplinary approach is applied for the project as a whole and within each work package. The work packages deal with subsystems (e.g. WP3 on grids in combination with renewables and energy storage, WP4/WP10 on industry and WP5/WP11 on primarily standalone renewable energy-driven system solutions), they represent case studies (WP6 for Zurich and WP7 for Romandie) or they apply specific approaches (legal and socio-economic integration in WP2/WP9 and energy system modelling in WP1/WP8), leading to recommendations for policy makers and other stakeholders.
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Short description
(French)
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Le projet DeCarbCH s’attaque au colossal défi de la décarbonisation du chauffage et du refroidissement en Suisse dans un délai de trois décennies, et jette les bases pour atteindre des émissions négatives de CO2. L’objectif global du projet (et l’objectif final de zéro émission nette) est de faciliter et d’accélérer la mise en œuvre des énergies renouvelables, ainsi que d’atténuer les risques qui y sont liés, pour le chauffage et le refroidissement dans le secteur résidentiel (à différentes échelles et degrés d’urbanisation) et dans le secteur des services et de l’industrie
- en fournissant des orientations sur les combinaisons de technologies à mettre en œuvre, à quel endroit, dans quelle mesure et à quel moment
- en développant, testant et présentant des combinaisons de technologies commercialement viables, contribuant ainsi à faire baisser le coût du chauffage et du refroidissement renouvelables dans tous les secteurs
- en effectuant des analyses basées sur des modèles qui facilitent la planification, notamment par l’élaboration de scénarios représentant l’offre, la distribution et la demande de services de chauffage et de refroidissement renouvelables
- en quantifiant la valeur du chauffage et du refroidissement renouvelables ainsi que des émissions négatives de CO2
- en fournissant des orientations fondées sur des données factuelles relatives à la manière de promouvoir le chauffage et le refroidissement renouvelables par des politiques et des mesures juridiques, ainsi qu’en s’engageant auprès des différents acteurs concernés pour assurer le niveau d’acceptation nécessaire.
Le projet DeCarbCH se concentre sur trois composantes principales : i) les technologies avancées en matière d’énergie renouvelable et de transformation, ii) les réseaux thermiques (pour le chauffage et le refroidissement) et iii) le stockage de l’énergie. Pour chacune de ces composantes, nous établissons les combinaisons optimales (en termes techniques, économiques et environnementaux) ainsi que les conditions nécessaires et souhaitables pour leur mise en œuvre. Nous adoptons une approche interdisciplinaire axée sur les solutions pour l’ensemble du projet et pour chaque lot de travail. Les lots de travail (WP : workpackage) se concentrent sur des sous-systèmes (p. ex. WP3 sur les réseaux alliant les énergies renouvelables et le stockage de l’énergie, WP4/WP10 sur l’industrie et WP5/WP11 sur les systèmes principalement autonomes basés sur les énergies renouvelables), constituent des études de cas (WP6 pour Zurich et WP7 pour la Suisse romande) ou appliquent des approches spécifiques (intégration juridique et socio-économique dans WP2/WP9 et modélisation de systèmes énergétiques dans WP1/WP8), ce qui permet de formuler des recommandations pour les décideurs politiques et les autres parties prenantes.
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Short description
(Italian)
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Il progetto DeCarbCH affronta la colossale sfida della decarbonizzazione di riscaldamento e raffreddamento in Svizzera entro tre decenni e prepara le basi per le emissioni negative di CO2. Lo scopo generale del progetto (con l'obiettivo ultimo del raggiungimento delle emissioni nette zero) è semplificare, accelerare e diminuire i rischi dell'implementazione delle fonti rinnovabili per il riscaldamento e il raffreddamento nel settore residenziale (per vari livelli e gradi di urbanizzazione) nonché per il settore dei servizi e industriale
- attraverso un orientamento su quali combinazioni di tecnologie devono essere implementate dove, in che misura e quando
- tramite lo sviluppo, la sperimentazione e la dimostrazione delle combinazioni di tecnologie commercialmente possibili, che aiutino quindi ad abbattere il costo di riscaldamento e raffreddamento da fonti rinnovabili in tutti i settori
- tramite l'esecuzione di analisi basate sui modelli che supportano la pianificazione, tra l'altro mediante lo sviluppo di scenari che rappresentano la fornitura, distribuzione e richiesta di servizi di riscaldamento e raffreddamento da fonti rinnovabili
- mediante la quantificazione del valore del riscaldamento e raffreddamento da fonti rinnovabili ma anche delle emissioni negative di CO2
- fornendo un orientamento basato sui dati empirici su come permettere l'attuazione di riscaldamento e raffreddamento da fonti rinnovabili mediante politiche e misure giuridiche nonché collaborando con i soggetti interessati e assicurando il necessario livello di accettazione.
Il progetto DeCarbCH si basa su tre componenti principali: i) tecnologie avanzate di energia rinnovabile e trasformazione, ii) reti di teleriscaldamento (per il riscaldamento e il raffreddamento) e iii) stoccaggio di energia. Per questi, determiniamo combinazioni ottimali (in termini tecnici, economici e ambientali) nonché condizioni necessarie e desiderabili per la relativa implementazione. Al progetto nel suo insieme e nell'ambito di ciascun pacchetto di lavoro si applica un approccio interdisciplinare orientato alle soluzioni. I pacchetti di lavoro riguardano i sottosistemi (ad es. WP3 su reti in abbinamento alle fonti rinnovabili e allo stoccaggio dell'energia, WP4/WP10 sull'industria e WP5/WP11 su soluzioni di sistemi alimentati da energia rinnovabile prevalentemente autonomi), rappresentano case study (WP6 per Zurigo e WP7 per la Svizzera romanda) oppure applicano approcci specifici (integrazione legale e socio-economica in WP2/WP9 e modellizzazione del sistema energetico in WP1/WP8), al fine di determinare raccomandazioni per i responsabili delle decisioni politiche e altri soggetti interessati.
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Publications / Results
(German)
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Die Mission des DeCarbCH-Teams ist, Akteure aus dem öffentlichen und privaten Sektor bei der Dekarbonisierung der Wärme- und Kälteversorgung zu unterstützen. Dabei konzentrieren wir uns auf Schlüsselaspekte wie (1) zukünftige Wärmenetzkonzepte, (2) die Integration von Wärmespeichern zur Bewältigung von Lastspitzen und zur Verbesserung des saisonalen Ausgleichs im Energiesystem, (3) die optimale Integration erneuerbarer Energiequellen und -speicher in industrielle Prozesse und (4) die Ermittlung und Entwicklung von Optionen zur Erzeugung negativer CO2-Emissionen. Außerdem wollen wir bestehende Technologien wie Solarthermie oder Hochtemperaturwärmepumpen besser integrieren und neue Möglichkeiten wie Geothermie entwickeln. DeCarbCH ist Mitte 2021 gestartet und ist nun voll einsatzfähig. Am 25./26. April 2022 traf sich das Team persönlich zu unserer ersten Netzwerkkonferenz. Wir nutzten die Gelegenheit, um unseren Umsetzungspartnern, den Vertretern von Städten, Verwaltungen und Industrieunternehmen, zuzuhören. Dies half uns, ihre Herausforderungen besser zu verstehen und unsere Forschungspläne wenn nötig anzupassen. Die Arbeit des ersten Jahres ist im vorliegenden Bericht dokumentiert. Im Folgenden fassen wir nur einige Highlights zusammen: Thermische Netze ermöglichen die Verteilung erneuerbarer Energien und die Verwendung von Abwärme (z. B. aus Kühl- oder Industrieprozessen) für Heizzwecke. DeCarbCH entwickelt technische Lösungen für zukünftige Wärmenetze und netzgekoppelte Anwendungen wie Wärmespeicher. Es entwickelt ein solides Verständnis neuer Wärmenetzkonzepte und der zugrundeliegenden Regelungsalgorithmen, um eine Grundlage für die zukünftige Energieplanung zu schaffen. Ein erster Schritt war eine umfassende Literaturrecherche, um gemeinsame Merkmale von Wärmenetzen zu ermitteln, die die Definition repräsentativer Netzarchetypen ermöglichen. Dazu gehören Anergienetze, die an Kläranlagen angeschlossen sind, Standard-Mitteltemperaturnetze, die von Seewasser-Wärmepumpen gespeist werden, und Netze, die an Biomasse- oder fossile KWK-Anlagen angeschlossen sind. Auch thermische Speicherkonzepte werden eingehend untersucht, z. B. thermische Bohrlochspeicher (BTES). Die Pinch-Analyse (PA) ist ein zentrales Instrument zur Ermittlung (1) des absoluten Energieeinsparpotenzials eines Gesamtsystems und (2) der Maßnahmen, mit denen dieses am besten ausgeschöpft werden kann, z. B. Wärmerückgewinnung, Optimierung der Energieversorgung, Einsatz von Energieumwandlungssystemen wie Wärmepumpen, thermische Energiespeicher und optimale Integration erneuerbarer Energien. Im ersten Jahr wurde eine Datenbank erstellt, die die energetischen und wirtschaftlichen Parameter dieser PAs sowie die vorgeschlagenen Maßnahmen enthält. Basierend auf dieser Datenbank haben wir begonnen, exemplarische Energieprofile zu erstellen, die den Energiebedarf und den Wärmeüberschuss auf Unternehmensebene für verschiedene Produktionsklassen in der Schweiz darstellen. Dies wird es insbesondere ermöglichen, besser zu verstehen, auf welchem Temperaturniveau Prozesswärme in der Schweizer Industrie benötigt wird, was möglicherweise den Weg für einen grösseren Anteil industrieller Hochtemperatur-Wärmepumpen ebnet. Exemplarische Energieprofile werden auch einen schnellen "energetischen Fingerabdruck" eines Industrieunternehmens liefern. Dies ist wichtig für Scoping-Studien, um Industrieunternehmen zur Umstellung auf erneuerbare Energien zu bewegen. Es wird den Praktikern ermöglichen, das beispielhafte Energieprofil entsprechend ihrer Produktionsgröße zu skalieren, um die wirtschaftlichen Energieeffizienzmaßnahmen und ihre potenziellen Möglichkeiten zur Integration erneuerbarer Energien zu untersuchen. Eine zentrale Aktivität im Rahmen von DeCarbCH ist die Zusammenarbeit mit Städten, um sie bei der Bewältigung der Probleme der Dekarbonisierung des Wärmebedarfs zu unterstützen. Mit mehreren großen Städten wie Genf, Lausanne und Zürich wurden bereits gute Beziehungen aufgebaut. Die Prioritäten wurden festgelegt und werden nun von den Forschungsteams ausgearbeitet. Die wichtigsten sind die Senkung der Temperatur in den Fernwärmenetzen, der Ersatz von fossilen Spitzenaggregaten und die Integration von Speichern, um Nachfragespitzen zu bewältigen und den saisonalen Ausgleich von Angebot und Nachfrage zu verbessern. Diese Arbeiten werden in einigen Jahren zu P&D-Projekten mit interessierten Partnern führen müssen. Zur Erreichung des Schweizer Ziels, bis 2050 keine Treibhausgasemissionen mehr zu verursachen, werden Technologien für negative Emissionen benötigt. Dies wurde vom Team der Energieperspektiven 2050+ festgestellt und wird durch die neueste Modellierung des Energiesystems in DeCarbCH bestätigt. Wir sehen auch, dass die größte Quelle negativer Emissionen die Müllverbrennungsanlagen und die holzbefeuerten Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen sind. Die Herausforderung ist der große Bedarf an thermischer Energie für den Abtrennungsprozess - Energie, die den Wärmenetzen möglicherweise nicht mehr zur Verfügung steht. Wir haben uns daher auf die optimalen Möglichkeiten der Wärmeintegration für den Fall einer Holzanlage konzentriert. Dies wird Anlagenbesitzern helfen, wirtschaftlich fundierte Entscheidungen zu treffen. Ein wichtiger Teil unserer Arbeit ist nicht-technischer Natur. Er konzentriert sich auf die sozialen, wirtschaftlichen und rechtlichen Aspekte der Energiewende. Ziel ist es, einen Überblick über die Akteure des Wärme-/Kältesektors in der Schweiz zu gewinnen. Damit wird eine empirische und konzeptionelle Grundlage für die Ausarbeitung neuer Geschäftsmodelle und politischer Massnahmen geschaffen. Die empirische Grundlage, die im ersten Berichtszeitraum verwendet wurde, besteht aus 17 halbstrukturierten Interviews mit Entscheidungsträgern in Schweizer Industrieunternehmen, Stakeholder-Workshops, Interviews und Scoping-Treffen mit verschiedenen Akteuren des Schweizer Energiesektors (Versorgungsunternehmen, Stadtverwaltung, Planer, Energieberater, Technologieanbieter, Industrieunternehmen, Unternehmer) sowie Sekundärdaten wie offene Datensätze, politische Dokumente und Unternehmensdokumente. Schließlich tragen unsere juristischen Untersuchungen dazu bei, die rechtlichen Hindernisse für künftige erneuerbare Kühl- und Heizlösungen zu klären: Sie klären das für Fernwärmesysteme geltende Recht, analysieren die rechtlichen Anforderungen an den Planungsprozess, die Genehmigungen sowie den Betrieb und die Nutzung von Fernwärmesystemen und eben einen Überblick über den aktuellen Stand der rechtlichen Regelungen.
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Publications / Results
(English)
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The mission of the DeCarbCH team is to help stakeholders from the public and private sector to decarbonize the supply of heating and cooling. We do this by focusing on key aspects like (1) future thermal network concepts, (2) the integration of thermal storage to manage peak loads and to improve the seasonal balancing of the energy system, (3) the optimal integration of renewable energy sources and storages into industrial processes and (4) by identifying and developing options to generate negative CO2 emissions. We also aim at better integrating existing technologies as solar thermal or high-temperature heat pumps, and at developing new opportunities as geothermal energy. DeCarbCH started mid of 2021 and is now fully operational. On 25/26 April 2022 the team met in person for our first networking conference. We used the opportunity to listen to our implementation partners, the representatives of cities, administration and industrial companies. This helped us to better understand their challenges and to fine-tune our research plans if needed. The work of the first year is documented in the present report. In the following we summarize just a few highlights: Thermal grids allow to distribute renewable energy and to recycle waste heat (e.g., from cooling or industrial processes) for heating applications. DeCarbCH develops technical solutions for future thermal grids and grid-connected applications like thermal storages. It develops a solid understanding of new thermal grid concepts and its underlying control algorithms to form a base for future energy planning. An initial step was an extensive literature review to determine common characteristics of thermal networks that allow the definition of representative network archetypes. These include anergy grids connected to waste-water treatment plants, standard medium-temperature grids fed by lake water heat pumps, and grids connected to biomass or fossil CHP plants. Also thermal storage concepts are being studied in detail, e.g. borehole thermal energy storage (BTES). Pinch Analysis (PA) is a key tool to identify (1) the absolute energy saving potential of an overall system and (2) the measures to best exploit it, e.g. heat recovery, optimization of the energy supply, use of energy conversion systems like heat pumps, thermal energy storage, and optimal integration of renewables. In the first year a database has been created that includes the energetic and economic parameters of these PAs, as well as the proposed measures. Based on this database we started constructing exemplary energy profiles that represent the energetic demands and excess heat at company level for various production classes in Switzerland. This will especially allow to better understand at which temperature level process heat is required by Swiss industry, possibly paving the way for a larger share of industrial high-temperature heat pumps. Exemplary energy profiles will also provide a quick “energetic fingerprint” of an industrial company. This is important for scoping studies to encourage industrial companies to transition toward renewables. It will allow practitioners to scale the exemplar energy profile according to their production size to explore the economical energy efficiency measures and their potential renewables integration opportunities.
A central activity in DeCarbCH is the collaboration with cities to help them to overcome the issues of decarbonizing the heating demand. Good relationships have been established with several large cities as Geneva, Lausanne and Zurich. Priorities have been defined and are now worked out by the research teams, the main ones being the reduction of temperature in district heating networks, the replacement of fossil peaking units and the integration of storage, both to manage demand peaks and to improve the seasonal balancing of supply and demand. This work will have to lead in a few years to P&D projects with interested partners. Negative emission technologies will be required to meet the Swiss goal of net-zero greenhouse-gas emissions by 2050. This was found by the team of Energieperspektiven 2050+ and is confirmed by the latest energy system modelling done in DeCarbCH. We also see that the major source of negative emissions are the waste-to-energy plants and wood-fired combined heat and power plants. The challenge is the large thermal energy demand of the separation process – energy that may not be available to heating networks anymore. We therefore focused on the optimum heat integration options for the case of a wood plant. This will help plant owners to take economic decisions. An important part of our work is non-technical in nature. It focuses on the social, economic and legal aspects of the energy transition. The aim is to gain an overview of the actors involved in the heating / cooling sector in Switzerland. This provides an empirical and conceptual basis for the elaboration of new business models and policy measures. The empirical basis used in the first reporting period consists of the 17 semi-structured interviews with decision-makers in Swiss manufacturing firms, stakeholder workshops, interviews and scoping meetings with different actors of the Swiss energy sector (utilities, city administration, planners, energy consultants, technology providers, manufacturing companies, entrepreneurs), as well as secondary data such as open datasets, policy documents and company documentation. Finally, our legal research contributes to clarifying the legal barriers to future renewable cooling and heating solutions: It clarifies the law that governs district heating systems, it analyses the legal requirements in the planning process, the permits and the operation and use of district heating systems, and it gives an overview of the current state of the legal rules.
Related documents
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Publications / Results
(French)
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La mission de l'équipe DeCarbCH est d'aider les acteurs des secteurs public et privé à décarboniser l'approvisionnement en chauffage et en refroidissement. Pour ce faire, nous nous concentrons sur des aspects clés tels que (1) les futurs concepts de réseaux thermiques, (2) l'intégration du stockage thermique pour gérer les pics de charge et améliorer l'équilibrage saisonnier du système énergétique, (3) l'intégration optimale des sources d'énergie renouvelables et du stockage dans les processus industriels et (4) l'identification et le développement d'options pour générer des émissions négatives de CO2. Nous visons également à mieux intégrer les technologies existantes comme le solaire thermique ou les pompes à chaleur haute température, et à développer de nouvelles opportunités comme la géothermie. Le projet DeCarbCH a démarré au milieu de l'année 2021 et est désormais pleinement opérationnel. Les 25 et 26 avril 2022, l'équipe s'est réunie en personne pour notre première conférence de mise en réseau. Nous avons profité de l'occasion pour écouter nos partenaires de mise en oeuvre, les représentants des villes, des administrations et des entreprises industrielles. Cela nous a permis de mieux comprendre leurs défis et d'affiner nos plans de recherche si nécessaire. Le travail de la première année est documenté dans le présent rapport. Nous n'en résumons ici que quelques points saillants : Les réseaux thermiques permettent de distribuer de l'énergie renouvelable et de recycler la chaleur perdue (par exemple, à partir de processus de refroidissement ou industriels) pour des applications de chauffage. DeCarbCH développe des solutions techniques pour les futurs réseaux thermiques et les applications connectées au réseau, comme les accumulateurs thermiques. Il développe une solide compréhension des nouveaux concepts de réseaux thermiques et de leurs algorithmes de contrôle sous-jacents, afin de constituer une base pour la planification énergétique future. La première étape a consisté en une analyse documentaire approfondie afin de déterminer les caractéristiques communes des réseaux thermiques qui permettent de définir des archétypes de réseaux représentatifs. Il s'agit notamment des réseaux anergie connectés à des stations d'épuration des eaux usées, des réseaux standard à moyenne température alimentés par des pompes à chaleur à eau de lac, et des réseaux connectés à des centrales de cogénération à biomasse ou à combustible fossile. Les concepts de stockage thermique sont également étudiés en détail, par exemple le stockage d'énergie thermique par forage (BTES). L'analyse Pinch (PA) est un outil clé pour identifier (1) le potentiel absolu d'économie d'énergie d'un système global et (2) les mesures pour l'exploiter au mieux, par exemple la récupération de chaleur, l'optimisation de l'approvisionnement en énergie, l'utilisation de systèmes de conversion d'énergie comme les pompes à chaleur, le stockage d'énergie thermique et l'intégration optimale des énergies renouvelables. La première année, une base de données a été créée, comprenant les paramètres énergétiques et économiques de ces PA, ainsi que les mesures proposées. Sur la base de cette base, nous avons commencé à construire des profils énergétiques exemplaires qui représentent les demandes énergétiques et l'excès de chaleur au niveau de l'entreprise pour différentes classes de production en Suisse. Cela permettra notamment de mieux comprendre à quel niveau de température l'industrie suisse a besoin de chaleur industrielle, ouvrant éventuellement la voie à une plus grande part de pompes à chaleur industrielles à haute température. Les profils énergétiques exemplaires fourniront également une "empreinte énergétique" rapide d'une entreprise industrielle. Cet aspect est important pour les études d'opportunité visant à encourager les entreprises industrielles à se tourner vers les énergies renouvelables. Il permettra aux praticiens d'adapter le profil énergétique exemplaire à la taille de leur production afin d'explorer les mesures d'efficacité énergétique les plus économiques et les possibilités d'intégration des énergies renouvelables. Une activité centrale de DeCarbCH est la collaboration avec les villes pour les aider à surmonter les problèmes de décarbonisation de la demande de chauffage. De bonnes relations ont été établies avec plusieurs grandes villes comme Genève, Lausanne et Zurich. Les priorités ont été définies et sont maintenant élaborées par les équipes de recherche, les principales étant la réduction de la température dans les réseaux de chauffage urbain, le remplacement des unités de pointe fossiles et l'intégration du stockage, à la fois pour gérer les pics de demande et pour améliorer l'équilibrage saisonnier de l'offre et de la demande. Ces travaux devront déboucher dans quelques années sur des projets de P&D avec des partenaires intéressés. Des technologies à émissions négatives seront nécessaires pour atteindre l'objectif suisse de zéro émission nette de gaz à effet de serre d'ici 2050. C'est ce qu'a constaté l'équipe d'Energieperspektiven 2050+ et ce que confirme la dernière modélisation du système énergétique réalisée dans DeCarbCH. Nous constatons également que les principales sources d'émissions négatives sont les installations de valorisation énergétique des déchets et les centrales de cogénération au bois. Le défi réside dans l'importante demande d'énergie thermique du processus de séparation - une énergie qui n'est peut-être plus disponible pour les réseaux de chauffage. Nous nous sommes donc concentrés sur les options optimales d'intégration de la chaleur dans le cas d'une usine de bois. Cela aidera les propriétaires d'usines à prendre des décisions économiques. Une part importante de notre travail est de nature non technique. Elle se concentre sur les aspects sociaux, économiques et juridiques de la transition énergétique. L'objectif est d'obtenir une vue d'ensemble des acteurs impliqués dans le secteur du chauffage et du refroidissement en Suisse. Cela fournit une base empirique et conceptuelle pour l'élaboration de nouveaux modèles économiques et de mesures politiques. La base empirique utilisée dans la première période de rapport consiste en 17 entretiens semi-structurés avec des décideurs dans des entreprises manufacturières suisses, des ateliers de parties prenantes, des entretiens et des réunions de cadrage avec différents acteurs du secteur énergétique suisse (services publics, administration municipale, planificateurs, consultants en énergie, fournisseurs de technologie, entreprises manufacturières, entrepreneurs), ainsi que des données secondaires telles que des ensembles de données ouvertes, des documents politiques et de la documentation d'entreprise. Enfin, notre recherche juridique contribue à clarifier les obstacles juridiques aux futures solutions de refroidissement et de chauffage renouvelables : Elle clarifie la loi qui régit les systèmes de chauffage urbain, elle analyse les exigences juridiques dans le processus de planification, les permis et l'exploitation et l'utilisation des systèmes de chauffage urbain, et elle donne un aperçu de l'état actuel des règles juridiques.
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Publications / Results
(Italian)
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La missione del team DeCarbCH è di aiutare gli stakeholder del settore pubblico e privato a decarbonizzare la fornitura di riscaldamento e raffreddamento. Lo facciamo concentrandoci su aspetti chiave come (1) i futuri concetti di rete termiche, (2) l'integrazione dell'stoccaggio termico per gestire i picchi di carico e migliorare il bilanciamento stagionale del sistema energetico, (3) l'integrazione ottimale delle fonti di energia rinnovabili e degli stoccaggi nei processi industriali e (4) identificando e sviluppando opzioni per generare emissioni negative di CO2. Puntiamo inoltre a integrare meglio le tecnologie esistenti, come il solare termico o le pompe di calore ad alta temperatura, e a sviluppare nuove opportunità come l'energia geotermica. DeCarbCH è stato avviato a metà del 2021 ed è ora pienamente operativo. Il 25/26 aprile 2022 il team si è riunito di persona per la prima conferenza di networking. Abbiamo colto l'occasione per ascoltare i nostri partner di implementazione, i rappresentanti di città, amministrazioni e aziende industriali. Questo ci ha aiutato a comprendere meglio le loro sfide e a perfezionare i nostri piani di ricerca, se necessario. Il lavoro del primo anno è documentato nel presente rapporto. Di seguito ne riassumiamo solo alcuni punti salienti: Le reti termiche consentono di distribuire energia rinnovabile e di riciclare il calore di scarto (ad esempio, dal raffreddamento o dai processi industriali) per applicazioni di riscaldamento. DeCarbCH sviluppa soluzioni tecniche per le future reti termiche e per le applicazioni connesse alla rete, come gli stoccaggi termici. Sviluppa una solida comprensione dei nuovi concetti di rete termica e degli algoritmi di controllo sottostanti, per costituire una base per la pianificazione energetica futura. Un primo passo è stata un'ampia revisione della letteratura per determinare le caratteristiche comuni delle reti termiche che consentono di definire archetipi di rete rappresentativi. Questi includono le reti anergiche collegate agli impianti di trattamento delle acque reflue, le reti standard a media temperatura alimentate da pompe di calore ad acqua di lago e le reti collegate a impianti di cogenerazione a biomassa o fossili. Si stanno studiando in dettaglio anche i concetti di stoccaggio termico, ad esempio lo stooccaggio di energia termica in fori (BTES). La Pinch Analysis (PA) è uno strumento chiave per identificare (1) il potenziale di risparmio energetico assoluto di un sistema complessivo e (2) le misure per sfruttarlo al meglio, ad esempio il recupero di calore, l'ottimizzazione dell'approvvigionamento energetico, l'uso di sistemi di conversione energetica come le pompe di calore, l'accumulo di energia termica e l'integrazione ottimale delle fonti rinnovabili. Nel primo anno è stato creato un database che comprende i parametri energetici ed economici di questi PA, nonché le misure proposte. Sulla base di questo database abbiamo iniziato a costruire profili energetici esemplari che rappresentano la domanda energetica e il calore in eccesso a livello aziendale per diverse classi di produzione in Svizzera. Ciò consentirà in particolare di capire meglio a quale livello di temperatura è richiesto il calore di processo dall'industria svizzera, aprendo eventualmente la strada a una maggiore quota di pompe di calore industriali ad alta temperatura. I profili energetici esemplificativi forniranno anche una rapida "impronta energetica" di un'azienda industriale. Ciò è importante per gli studi di scoping volti a incoraggiare le aziende industriali a passare alle energie rinnovabili. Permetterà ai professionisti di scalare il profilo energetico esemplare in base alle dimensioni della loro produzione per esplorare le misure di efficienza energetica più economiche e le potenziali opportunità di integrazione delle rinnovabili. Un'attività centrale di DeCarbCH è la collaborazione con le città per aiutarle a superare i problemi di decarbonizzazione della domanda di riscaldamento. Sono stati stabiliti buoni rapporti con diverse grandi città come Ginevra, Losanna e Zurigo. Le priorità sono state definite e vengono ora elaborate dai gruppi di ricerca; le principali sono la riduzione della temperatura nelle reti di teleriscaldamento, la sostituzione delle unità di picco fossili e l'integrazione dello stoccaggio, sia per gestire i picchi di domanda che per migliorare il bilanciamento stagionale di domanda e offerta. Questo lavoro dovrà portare in pochi anni a progetti di P&D con partner interessati. Per raggiungere l'obiettivo svizzero di azzerare le emissioni di gas serra entro il 2050, saranno necessarie tecnologie a emissioni negative. Questo dato è stato rilevato dal team di Energieperspektiven 2050+ ed è confermato dall'ultima modellizzazione del sistema energetico effettuata in DeCarbCH. Vediamo anche che la principale fonte di emissioni negative sono gli impianti di termovalorizzazione dei rifiuti e gli impianti di cogenerazione a legna. La sfida è rappresentata dalla grande richiesta di energia termica del processo di separazione, energia che potrebbe non essere più disponibile per le reti di riscaldamento. Ci siamo quindi concentrati sulle opzioni ottimali di integrazione del calore nel caso di un impianto a legna. Questo aiuterà i proprietari degli impianti a prendere decisioni economiche. Una parte importante del nostro lavoro è di natura non tecnica. Si concentra sugli aspetti sociali, economici e legali della transizione energetica. L'obiettivo è quello di ottenere una panoramica degli attori coinvolti nel settore del riscaldamento/raffreddamento in Svizzera. Ciò fornisce una base empirica e concettuale per l'elaborazione di nuovi modelli di business e misure politiche. La base empirica utilizzata nel primo periodo di rendicontazione è costituita da 17 interviste semi-strutturate con i responsabili delle aziende manifatturiere svizzere, workshop con gli stakeholder, interviste e incontri di approfondimento con i diversi attori del settore energetico svizzero (aziende di servizi pubblici, amministrazione comunale, pianificatori, consulenti energetici, fornitori di tecnologia, aziende manifatturiere, imprenditori), nonché da dati secondari quali dataset aperti, documenti politici e documentazione aziendale. Infine, la nostra ricerca giuridica contribuisce a chiarire gli ostacoli legali alle future soluzioni di raffreddamento e riscaldamento rinnovabili: Chiarisce la legge che regola i sistemi di teleriscaldamento, analizza i requisiti legali nel processo di pianificazione, le autorizzazioni, il funzionamento e l'utilizzo dei sistemi di teleriscaldamento e fornisce una panoramica dello stato attuale delle norme giuridiche.
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