Short description
(German)
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Das PATHFNDR Konsortium wird vom Bundesamt für Energie (BFE) im Rahmen des Programms «SWEET» gefördert. Das Projektkonsortium besteht aus sieben Forschungspartnern – ETH Zürich, Empa, PSI, ZHAW, HSLU, UNIGE und EPFL – unter der Leitung der ETH Zürich.
Das Projektziel ist die Entwicklung und Analyse von Szenarien für die Integration erneuerbarer Energien in der Schweiz. Die Projektergebnisse werden dem Schweizer Energiesystem helfen, das vom Bundesrat gesetzte Ziel von Netto-Null-Treibhausgasemissionen bis 2050 zu erreichen.
Das Projekt beantwortet folgende Forschungsfragen:
- Wie sieht ein effizientes, flexibles, widerstandsfähiges, wettbewerbsfähiges und nachhaltiges Schweizer Energiesystem bis 2050 aus?
- Welche rechtlichen und regulatorischen Rahmenbedingungen sollten angewendet werden, um die Wende zu dem in Frage 1 identifizierten System, einschließlich der erforderlichen Anreize für Flexibilitätsanbieter sowie Sektorkopplung zu ermöglichen?
- Welche Geschäftsmodelle und geschäftliche Wertbeiträge sollten entwickelt werden, um die notwendige Flexibilität und Sektorkopplung zu ermöglichen?
- Welche Massnahmen sind notwendig, um die Akzeptanz und Partizipation der Bürger und ihrer Organisationen zu gewährleisten?
- Wie können Pilot- und Demonstrationsprojekte flexibler Energiesysteme auf Quartiers- / Dorf-/ Stadtebene am besten genutzt werden, um unser Verständnis für technische und sozioökonomische Aspekte zu verbessern und eine breitere Akzeptanz auszulösen?
Diese Fragen werden durch den Aufbau eines starken Forschungsteams gemeinsam mit Top-Kooperationspartnern aus der Privatwirtschaft und der öffentlichen Hand beantwortet.
Das Projekt PATHFNDR wird mögliche Szenarien für die Energiewende auf internationaler und nationaler Ebene zu Stadt- und Quartiersebene liefern, die die Flexibilität und Sektorkopplung fördern. Zusätzlich werden Planungs- und Betriebsinstrumente bereitgestellt sowie Technologien und Marktdesigns getestet, um die Flexibilität lokaler Ressourcen auszunutzen. Ausserdem werden neue Geschäftsmöglichkeiten und Innovationsstrategien identifiziert, um neue Flexibilitäts- und Sektorkopplungsoptionen auszuschöpfen. Schliesslich werden potenzielle Regulierungen für die Energiewende und die Dekarbonisierung des Schweizer Energiesystems bewertet.
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Short description
(English)
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The PATHFNDR consortium is funded by the Swiss Federal Office of Energy (SFOE) as part of the “SWEET” programme. The project consortium consists of seven research partners – ETH Zurich, Empa, PSI, ZHAW, HSLU, UNIGE, and EPFL – under the lead of the ETH Zurich.
The project goal is to develop and analyse transition pathways for the integration of renewable energy in Switzerland. The project outcomes will help the Swiss energy system to reach the Federal Council’s goal of net-zero greenhouse-gas emissions by 2050.
The project will answer the following research questions:
- What will an efficient, flexible, resilient, cost-competitive, and sustainable Swiss energy system by 2050 look like?
- What legislative and regulatory frameworks should be adopted to enable the transition to the system identified in question 1, including the needed incentives for flexibility providers as well as sector coupling?
- Which business models and commercial value propositions should be developed to value needed flexibility and sector coupling?
- What measures are necessary to ensure acceptance and participation of citizens and their organizations?
- How can pilot and demonstration projects of flexible energy systems at the district / village / city scale be best exploited to increase our understanding of technical and socio-economic aspects as well as to trigger wider adoption?
These questions will be answered by building upon a strong research team together with top cooperation partners from the private and public sector.
The PATHFNDR project will deliver feasible pathways for the energy transition at international, national to city and district scales that enhance flexibility and sector coupling. In addition, it will provide planning and operation tools as well as demonstrate technologies and market designs for exploiting the flexibility of local resources. Furthermore, new business opportunities and innovation strategies will be identified to exploit novel flexibility and sector coupling options. Finally, potential policies for the energy transition and decarbonization of the Swiss energy system will be assessed.
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Short description
(French)
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Le consortium PATHFNDR est financé par l’Office fédéral de l’énergie (OFEN) dans le cadre du programme « SWEET ». Le consortium du projet est composé de sept partenaires de recherche – ETH Zurich, Empa, PSI, ZHAW, HSLU, UNIGE et EPFL – sous la direction de l’ETH Zurich.
L’objectif du projet est de développer et d’analyser les voies de transition pour l’intégration des énergies renouvelables en Suisse. Les résultats du projet aideront au système énergétique Suisse à atteindre l’objectif du Conseil fédéral de zéro émission nette de gaz à effet de serre d’ici 2050.
Le projet répondra aux questions de recherche suivantes :
- À quoi ressemblera un système énergétique suisse efficace, flexible, résilient, compétitif et durable d’ici 2050?
- Quels sont les cadres législatifs et réglementaires qui devraient être adoptés pour permettre la transition vers le système identifié à la question 1, y compris les incitations nécessaires pour les fournisseurs de flexibilité ainsi que le couplage sectoriel?
- Quels modèles d’entreprise et propositions de valeur commerciale devraient être développés pour valoriser la flexibilité et le couplage sectoriel nécessaires?
- Quelles sont les mesures nécessaires pour assurer l’acceptation et la participation des citoyens et de leurs organisations?
- Comment peuvent les projets pilotes et de démonstration de systèmes énergétiques flexibles à l’échelle du district / village / ville être exploités au mieux pour améliorer notre compréhension des aspects techniques et socio-économiques ainsi que pour déclencher une adoption plus large?
On répondra à ces questions en s’appuyant sur une solide équipe de recherche et sur les meilleurs partenaires de coopération des secteurs privés et publics.
Le projet PATHFNDR fournira des voies réalisables pour la transition énergétique qui améliorent la flexibilité et le couplage sectoriel à l'échelle internationale, nationale, des villes et des quartiers. En outre, il fournira des outils de planification et opérationnels ainsi que des technologies et des conceptions de marché afin d’utiliser la flexibilité des ressources locales. En outre, des nouvelles opportunités commerciales et stratégies d’innovation seront identifiées afin d’implémenter des nouvelles options de flexibilité et du couplage sectoriel. Enfin, les politiques potentielles de la transition énergétique et de la décarbonisation du système énergétique suisse seront évaluées.
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Short description
(Italian)
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Il consorzio PATHFNDR è finanziato dall'Ufficio federale dell'energia (UFE) nell'ambito del programma «SWEET». Il consorzio del progetto è composto da sette partner di ricerca – ETH Zurich, Empa, PSI, ZHAW, HSLU, UNIGE, EPFL – guidato dall'ETH Zurich.
L'obiettivo principale del progetto è sviluppare e analizzare percorsi di transizione del sistema energetico che permettano l'integrazione delle energie rinnovabili in Svizzera. I risultati del progetto aiuteranno il sistema energetico svizzero a raggiungere l'obiettivo del Consiglio federale di azzerare le emissioni nette di gas serra entro il 2050.
Il progetto risponderà alle seguenti quesiti:
- Come sarà un sistema energetico svizzero efficiente, flessibile, resiliente, economicamente competitivo e sostenibile entro il 2050?
- Quali quadri legislativi e normativi dovrebbero essere adottati per permettere la transizione al sistema identificato al primo punto, compresi gli incentivi necessari per i fornitori di flessibilità e di sector coupling?
- Quali modelli di business e proposte di valore commerciale dovrebbero essere sviluppati per realizzare la flessibilità e il sector coupling necessari?
- Quali misure sono necessarie per garantire l’accettazione sociale e la partecipazione dei cittadini e delle loro organizzazioni?
- Come possonoessere sfruttati al meglio i progetti pilota e dimostrativi di sistemi energetici flessibili a livello distrettuale/di villaggio/comunale per aumentare la nostra comprensione degli aspetti tecnici e socioeconomici e per innescare un'adozione più ampia?
Incaricato di fornire risposte a tali domande è un eccellente team di ricerca, che lavorerà insieme a partner di cooperazione del settore pubblico e privato.
Il progetto PATHFNDR si prefigge di fornire percorsi fattibili per la transizione energetica che aumentino la flessibilità e il sector coupling a livello internazionale, nazionale, urbano e distrettuale. Inoltre, PATHFNDR fornirà strumenti di pianificazione e gestione delle operazioni, e dimostrerà tecnologie e assetti del mercato che permettano sfruttare la flessibilità delle risorse locali. Inoltre, saranno identificate nuove opportunità di impresa e strategie di innovazione per sfruttare nuove alternative di flessibilità e sector coupling. Infine, verranno valutate le potenziali politiche per la transizione energetica e la decarbonizzazione del sistema energetico svizzero.
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Publications / Results
(German)
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Das PATHFNDR-Konsortium besteht aus neun akademischen Partnern und 25 Kooperationspartnern, unter der Leitung ETH Zürich. Der Kick-off fand im Mai 2021 statt. Gemäss Zeitplan und Budget ist das Projekt auf Kurs (mit nur wenigen Verzögerungen, die im Bericht diskutiert werden). Eine wichtige Aufgabe im Berichtszeitraum war die Koordination der Schnittstellen zwischen den Arbeitspaketen. Parallel dazu wurden in den einzelnen Arbeitspaketen (AP) die folgenden Ergebnisse erzielt: AP 1 bewertete eine erste Reihe von europaweiten Szenarien unter Verwendung des Euro-Calliope-Modells, die viele Optionen mit unterschiedlichen Technologien und räumlichen Konfigurationen umfassen. Diese Ergebnisse werden als Input für die Bewertung von Szenarien auf nationaler Ebene dienen, wofür die Verbindung zwischen den Modellen Euro-Calliope und Nexus-e initiiert wurde. Darüber hinaus wurde eine Analyse des Potenzials der grossmassstäblichen Wasserstoffspeicherung in der Schweiz und in Europa durchgeführt. AP 2 identifizierte die wichtigsten Stakeholder und ihre Ziele bzw. KPIs, die in einem Workshop mit den Kooperationspartnern konsolidiert werden. Aus technologischer Sicht wurden die Heiz- und Kühllasten für Wohn- und Geschäftsgebäude geschätzt, um die Genauigkeit der Bedarfsprognose zu überprüfen und erneuerbare Energien zu integrieren. Ausserdem wurde ein Ansatz für die Optimierung des Ladens und Entladens von Elektrofahrzeugen an mehreren Standorten entwickelt. AP 3 koppelte den ESI-Demonstrator mit ReMaP, um zu zeigen, dass die Fernsteuerung für die Lastverschiebung mit Hilfe eines Testaufbaus implementiert werden kann. Darüber hinaus wurden die technisch-ökonomischen Modellierungsparameter und -anforderungen definiert und das Brennstoffzellensystem-Modell validiert. AP 6 analysierte die Unterstützung von blauem und grünem Wasserstoff durch Akteure aus einem breiten Spektrum von Branchen. Ausserdem wurden verschiedene Projekte untersucht, die von Mega- und Demonstrationsprojekten über kommerzielle Projekte bis hin zu kleinen internationalen F&E-Projekten reichen. Schliesslich wurden cyberphysische Plattformen bewertet, die digitale Plattformtechnologien mit physikalischen Technologien kombinieren. AP7 begann im Mai 2022, daher wurden noch keine Ergebnisse erzielt. AP 10 definierte die Hauptkonzepte (d.h. Flexibilität, Sektorkopplung und Nachhaltigkeit) und die wichtigsten Szenario-Dimensionen und -Unsicherheiten, die in PATHFNDR verwendet werden sollen. Diese dienen als Grundlage für die Bewertung der Energiepfade und werden als technische Berichte und Syntheseberichte veröffentlicht. Auch wurden zwei P&D-Projektideen entwickelt: Das Erste (AP 4) konzentriert sich auf dynamische Tarife, um effiziente Investitionen und Dispatch-Flexibilität für verschiedene Sektoren zu ermöglichen. Das Zweite (AP 5) konzentriert sich auf Lösungen für die Planungs- und Betriebsphase zur Nachrüstung von Wärmenetzanschlüssen an bestehende Gebäude. Was das KTT betrifft, wurden eine Website, ein YouTube-Kanal und ein Newsletter eingerichtet. Darüber hinaus wurde eine Reihe von Lunch Talks über Werkzeuge, Modelle und Demonstratoren abgehalten. Gemeinsam mit den Kooperationspartnern wurden regelmässige Workshops zu bestimmten Themen (basierend auf dem in der Umfrage geäusserten Interesse der Stakeholder) geplant. Es wurden etwa 20 von Fachleuten begutachtete Artikel veröffentlicht und mehrere Präsentationen auf energiebezogenen Konferenzen und Veranstaltungen gehalten. Schliesslich wurde der Datenverwaltungsplan aktualisiert.
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Publications / Results
(English)
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The PATHFNDR consortium consists of nine academic partners and 25 cooperation partners, hosted by ETH Zurich. The project kick-off was held in May 2021. According to the schedule and budget, the project is on track (with only minor delays which are discussed in the report). During the reporting period, a major task was the coordination of the interfaces between the work packages (WP). In parallel, the individual WPs achieved the following results: WP 1 assessed a first set of European-wide scenarios using the Euro-Calliope model, including many options with different technologies and spatial configurations. These results will serve as input for the evaluation of scenarios at the national level, for which the link between the Euro-Calliope and Nexus-e models was initiated. In addition, an analysis was performed of the potential of large-scale hydrogen storage in Switzerland and Europe. WP 2 identified the main stakeholders and their goals or KPIs, which will be consolidated in a workshop with the cooperation partners. From a technological point of view, heating and cooling loads for residential and commercial buildings were estimated to validate the accuracy of the demand forecast and to integrate renewable energies. Also, a framework for optimizing electric vehicle charging and discharging at multiple sites was developed. WP 3 connected the ESI demonstrator to ReMaP to demonstrate that remote control to achieve load shifting could be implemented using the experimental setup. Furthermore, the techno-economic modelling parameters and requirements were defined, and the fuel cell system model was validated. WP 6 analysed the support of blue and green hydrogen by actors from a wide range of industries. Also, different projects were investigated ranging from mega, demonstrator, commercial and small international R&D projects. Finally, cyberphysical platforms were evaluated that combine digital platform technologies with physical technologies. WP7 started in May 2022, so no deliverables have yet been completed. WP 10 defined the main concepts (i.e., flexibility, sector coupling and sustainability) and key scenario dimensions and uncertainties to be used in PATHFNDR. These serve as the basis for assessing the energy pathways, and will be presented as technical and synthesis reports. Also, two P&D project ideas were developed: The first (WP 4) focuses on dynamic tariffs to enable efficient investment and dispatch flexibility for different sectors. The second (WP 5) focuses on planning and operation stage solutions to retrofit thermal grid connections to existing adjacent buildings. As for the KTT, a website, a YouTube channel, and a newsletter were created. In addition, a series of lunch talks on tools, models and demonstrators were held. Periodic workshops on specific topics (based on the interest expressed in the stakeholder survey) were planned with the cooperation partners. Approximately 20 peer-reviewed articles were published, and several presentations were given at energy-related conferences and events. Finally, the data management plan was updated.
Related documents
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Publications / Results
(French)
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Le consortium PATHFNDR est composé de neuf partenaires académiques et de 25 partenaires de coopération, hébergés par l'ETH Zurich. Le lancement du projet a eu lieu en mai 2021. Selon le calendrier et le budget, le projet est en bonne voie (avec quelques retards mineurs qui sont expliqués dans le rapport). Pendant la période du rapport, une tâche majeure a été la coordination des interfaces entre les work packages (WP). En parallèle, les WPs individuels ont réalisé les résultats suivants: Le WP 1 a évalué une première série de scénarios à l'échelle européenne en utilisant le modèle Euro-Calliope, incluant de nombreuses options avec différentes technologies et configurations spatiales. Ces résultats seront la base pour l'évaluation des scénarios au niveau national, pour laquelle le lien entre les modèles Euro-Calliope et Nexus-e a été initié. En outre, une analyse sur le potentiel du stockage de l'hydrogène à grande échelle en Suisse et en Europe a été réalisée. Le WP 2 a identifié les principales parties prenantes et leurs objectifs ou KPIs, qui seront consolidés dans un atelier avec les partenaires de coopération. D'un point de vue technologique, les charges de chauffage et de refroidissement des bâtiments résidentiels et commerciaux ont été approximées afin de valider la précision de la prévision de la demande et afin d'intégrer les énergies renouvelables. En plus, un framework pour optimiser la charge et la décharge des véhicules électriques à plusieurs sites a été développé. Le WP 3 a connecté le démonstrateur ESI à ReMaP afin de montrer que la commande à distance pour réaliser le transfert de charge peut être mise en oeuvre en utilisant l’installation expérimentale. En outre, les paramètres et les exigences de la modélisation technico-économique ont été définis, et le modèle du système de pile à combustible a été validé. Le WP 6 a analysé le soutien apporté à l'hydrogène bleu et vert par des acteurs issus des diverses industries. Différents projets ont été examinés, allant des méga-projets aux projets de démonstration, en passant par des projets commerciaux et des petits projets de R&D internationaux. Enfin, les plateformes cyberphysiques, qui combinent les technologies des plateformes numériques avec les technologies physiques, ont été évaluées. Le WP7 a commencé en mai 2022, donc aucun livrable n'a encore été complété. Le WP 10 a défini les principaux concepts (i.e., la flexibilité, le couplage sectoriel et la durabilité) et les dimensions et incertitudes clés des scénarios à utiliser dans PATHFNDR. Ceux-ci servent de base pour l'évaluation des trajectoires énergétiques, et seront présentés sous forme de rapports techniques et de synthèse. Aussi, deux idées de projets P&D ont été développées: Le premier (WP 4) se concentre sur les tarifs dynamiques pour permettre des investissements efficaces et une flexibilité de répartition pour des différents secteurs. Le deuxième (WP 5) se concentre sur les solutions de planification et d'exploitation pour rénover des connexions du réseau thermique avec des bâtiments adjacents existants. Concernant le KTT, un site web, une chaîne YouTube et une newsletter ont été créés. En outre, une série de déjeuners parlants sur les outils, les modèles et les démonstrateurs ont été organisés. Des ateliers périodiques sur des sujets spécifiques (basés sur l'intérêt exprimé dans l'enquête auprès des parties prenantes) ont été planifiés avec les partenaires de coopération. Environ 20 articles évalués par des pairs ont été publiés, et plusieurs présentations ont été donnés aux conférences et événements liés à l'énergie. Enfin, le plan de gestion des données a été mis à jour.
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Publications / Results
(Italian)
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Il consorzio PATHFNDR è composto da nove partner accademici e 25 partner di cooperazione, guidato dal Politecnico di Zurigo. L'avvio del progetto si è svolto nel maggio 2021. Secondo il programma e il budget, il progetto è in linea con i tempi previsti (con solo piccoli ritardi che vengono discussi nel report). Durante il periodo di riferimento, un compito importante è stato il coordinamento delle interfacce tra i gruppi di lavoro (GL). Parallelamente, i singoli GL hanno raggiunto i seguenti risultati: Il GL 1 ha valutato una prima serie di scenari a livello europeo utilizzando il modello Euro-Calliope, includendo molte opzioni con diverse tecnologie e configurazioni spaziali. Questi risultati serviranno come input per la valutazione degli scenari a livello nazionale, per i quali è stato avviato il collegamento tra i modelli Euro-Calliope e Nexus-e. Inoltre, è stata effettuata un'analisi del potenziale dello stoccaggio di idrogeno su larga scala in Svizzera e in Europa. Il GL 2 ha identificato i stakeholder e i loro obiettivi o indicatori chiave di performance (KPI), che saranno consolidati in un workshop con i partner di cooperazione. Da un punto di vista tecnologico, sono stati stimati i carichi di riscaldamento e raffreddamento degli edifici residenziali e commerciali per convalidare l'accuratezza della previsione della domanda e per integrare le energie rinnovabili. Inoltre, è stato sviluppato un modello per l'ottimizzazione della ricarica e della scarica dei veicoli elettrici in diversi siti. Il GL 3 ha collegato il dimostratore ESI a ReMaP per dimostrare che il controllo remoto per ottenere il trasferimento del carico può essere implementato utilizzando il setup sperimentale. Inoltre, sono stati definiti i parametri e i requisiti di modellazione tecno-economica ed è stato convalidato il modello del sistema a celle a combustibile. Il GL 6 ha analizzato il supporto dell'idrogeno blu e verde da parte di attori provenienti da un'ampia gamma di industrie. Inoltre, sono stati analizzati diversi progetti che vanno dai mega, ai dimostratori, ai progetti commerciali e ai piccoli progetti internazionali di ricerca e sviluppo. Infine, sono state valutate le piattaforme ciberfisiche che combinano le tecnologie delle piattaforme digitali con quelle fisiche. Il GL7 è iniziato nel maggio 2022, quindi non sono ancora stati completati i risultati. Il GP 10 ha definito i concetti principali (flessibilità, sector coupling e sostenibilità) e le dimensioni chiave degli scenari e le incertezze da utilizzare nel PATHFNDR. Questi servono come base per la valutazione dei percorsi energetici e saranno presentati come rapporti tecnici e di sintesi. Inoltre, sono state sviluppate due idee di progetti pilota e dimostrativi (P&D): Il primo (GP 4) si concentra sulle tariffe dinamiche per consentire investimenti efficienti e flessibilità di dispacciamento per diversi settori. Il secondo (GP 5) si concentra sulle soluzioni per la pianificazione e la fase operativa per il retrofit delle connessioni alla rete termica degli edifici adiacenti esistenti. Per quanto riguarda il trasferimento di sapere e tecnologia, sono stati creati un sito web, un canale YouTube e una newsletter. Inoltre, è stata organizzata una serie di conferenze a pranzo su strumenti, modelli e dimostratori. Con i partner della cooperazione sono stati programmati workshop periodici su argomenti specifici (in base all'interesse espresso nell'indagine sulle parti interessate). Sono stati pubblicati circa 20 articoli peer-reviewed e sono state fatte diverse presentazioni a conferenze ed eventi legati all'energia. Infine, è stato aggiornato il piano di gestione dei dati.
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