BigStoreDH – Grosse Wärmespeicher in der Nah- und Fernwärme: Chancen und Business Cases für die Dekarbonisierung

• Research unit: SFOE
• Project number: SI/502284

Short description (German)

Das Projekt analysiert die Möglichkeiten, welche grosse Wärmespeicher für die Dekarbonisierung und gleichzeitige Erweiterung von Wärmenetzen durch erneuerbare Energien und Abwärme bieten. Dabei werden sowohl verschiedene Techniken der kurz-, mittel- und langfristigen Wärmespeicherung betrachtet, als auch verschiedene Einsatzziele wie der Ersatz von fossiler Spitzenlast, die vermehrte Einbindung von Abwärme und Erneuerbaren, die Verlagerung von Energie vom Sommer auf den Winter, und innovative Ansätze der Sektorkopplung zum Ausgleich von Produktion und Nachfrage von Strom sowohl kurzfristig als auch saisonal. Die Analysen werden einerseits anhand repräsentativer generischer Wärmenetze durchgeführt, und andererseits für spezifische Fallstudien der beteiligten Industriepartner. Damit können sowohl allgemeine Erkenntnisse und Multiplizierbarkeit der Resultate als auch eine hohe Wahrscheinlichkeit der zeitnahen Überführung in Pilot- und Demonstrationsprojekte erreicht werden.

Short description (English)

The project analyses the possibilities offered by large-scale heat storage systems for the decarbonisation and simultaneous expansion of heating grids with renewable energies and waste heat. Differenttechniques of short-, medium- and long-term heat storage are considered, as well as different application targets such as the replacement of fossil peak load, the increased integration of waste heat and renewables, the shift of energy from summer to winter, and innovative approaches of sector coupling to balance production and demand of electricity both short-term and seasonally. The analyses are carried out on the one hand using representative generic heat grids, and on the other hand for specific case studies of the participating industrial partners. In this way, both general findings and multipliability of the results can be achieved, as well as a high probability of timely transfer to pilot and demonstration projects.

Short description (French)

Le projet analyse les possibilités offertes par les grands systèmes de stockage de la chaleur pour la décarbonisation et l'extension simultanée des réseaux de chaleur grâce aux énergies renouvelables et aux rejets thermiques. Différentes techniques de stockage de chaleur à court, moyen et long terme sont considérées, ainsi que différents objectifs d'utilisation tels que le remplacement de la charge de pointe fossile, l'intégration accrue de la chaleur résiduelle et des énergies renouvelables, le transfert d'énergie de l'été vers l'hiver, et des approches innovantes de couplage sectoriel pour équilibrer la production et la demande d'électricité à la fois à court et à long terme. Les analyses sont réalisées d'une part sur la base de réseaux de chaleur génériques représentatifs, et d'autre part pour des études de cas spécifiques des partenaires industriels impliqués. Cela permet d'obtenir à la fois des connaissances générales et une multiplication des résultats, ainsi qu'une forte probabilité de transfert rapide vers des projets pilotes et de démonstration.

Final report (German)

Im Projekt BigStoreDH wurde die Einbindung von grossen Wärmespeichern in thermische Netze der Schweiz analysiert. Auf der Basis von drei für die Schweiz typischen generischen Netztypen wird die Einbindung von Speichern simuliert und sowohl der Einfluss unterschiedlicher Speichergrössen, Wetterdaten, hydraulischer Einbindungen des Speichers sowie Spitzenlast untersucht. Ein Fokus wird dabei auf die Bereitstellung von Leistungsspitzen gelegt, weil Speicher dabei helfen können, die immer noch oft fossile Spitzenleistungsbereitstellung zu ersetzen. Eine Wirtschaftlichkeitsanalyse zeigt bei kleineren Netzen ein wirtschaftliches Optimum in der Grössenordnung der bestehenden Empfehlungen für Holzwärmenetze. Bei grossen Netzen und somit auch grossen Speichern kann eine saisonale Speicherung aufgrund der sinkenden spezifischen Kosten attraktiv werden. Der positive Effekt von grossen Wärmespeichern konnte auch in Bezug auf Treibhausgaspotenziale und auf die Sektorkopplung gezeigt werden. Eine Analyse des Potenzials von grossen Speichern für die zukünftige Wärmeversorgung der Schweiz zeigt ähnliches: Bei grossen Wärmenetzen wird in den meisten Szenarien ein saisonaler Speicher für die optimale Versorgung benötigt. Kleinere Biomassenetze hingegen sind unabhängig vom Speicher nicht Bestandteil einer optimierten zukünftigen Energie-versorgung.

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• Schlussbericht_deutsch [PDF] 9'568 kB

Final report (English)

The BigStoreDH project is analyzing the integration of large heat stores into thermal networks in Switzerland. Based on three generic network types that are typical for Switzerland, the integration of storages is simulated and the influence of different storage sizes, weather data, hydraulic integrations of the storage and peak loads is investigated. A main focus is set on the replacement of the still often used fossil-fuel-based peak power. An economic analysis shows that for smaller networks, an economic optimum lays in the range of the existing recommendations for wood heating networks. For large networks and thus also large storage systems, seasonal storages can become attractive due to the decreasing specific costs. The positive effect of large heat storage tanks could also be demonstrated in terms of greenhouse gas potentials and sector coupling. An analysis of the potential of large storage tanks for Switzerland's future heat supply shows similar results: In most scenarios, large heating networks require seasonal storage for optimal future energy supply. Smaller biomass networks, on the other hand, are not part of an optimized future energy supply, regardless of the integrated storage size.

Final report (French)

Le projet BigStoreDH analyse l'intégration de grands accumulateurs de chaleur dans les réseaux thermiques de Suisse. L'intégration des accumulateurs est simulée sur la base de trois types de réseaux génériques typiques pour la Suisse et l'influence des différentes tailles d'accumulateur, des données météorologiques sur l'intégration hydraulique de l'accumulateur ainsi que de la charge de pointe est étudiée. L'accent est mis sur la mise à disposition des pointes de puissance, car les accumulateurs peuvent aider à remplacer la mise à disposition de la puissance de pointe, qui est encore souvent d'origine fossile. Une analyse de rentabilité montre, pour les petits réseaux, un optimum économique de l'ordre de grandeur des recommandations existantes pour les réseaux de chaleur au bois. Pour les grands réseaux et donc les grands réservoirs, le stockage saisonnier peut devenir intéressant en raison de la baisse des coûts spécifiques. L'effet positif des grands stockages de chaleur a également pu être démontré en termes des potentiels d'émission de gaz à effet de serre et de couplage sectoriel. Une analyse du potentiel des grands stockages pour l'approvisionnement futur en chaleur de la Suisse montre des résultats similaires : pour les grands réseaux de chaleur, un stockage saisonnier est nécessaire dans la plupart des scénarios pour un approvisionnement optimal. En revanche, les petits réseaux de biomasse ne font pas partie d'un approvisionnement énergétique futur optimisé, indépendamment du stockage.