TCology – Thermo-chemische Netzwerk-Ökologie - Fallstudie und Technologiepotentiale

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502368
• Projekttitel Englisch: TCology – Thermo-Chemical Network Ecology - Case study and technology potentials

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Das Forschungsprojekt TCology befasst sich mit thermochemischen Netzen (TCN) zur Wärme- und Kälteerzeugung, -verteilung und –speicherung und untersucht dessen Eignung und Anwendbarkeit für die Schweiz. Im Vergleich zu klassischen, wassergeführten Fernwärme- und -kältenetzen (DHCN) zeigen TCNs ein großes Potenzial für eine erhöhte Energieeffizienz in der Wärme- und -kälteversorgung sowie für die Integration von erneuerbaren Energien durch verlustfreie, thermische Langzeitspeicherung bei deutlichgrößeren Speicherdichten. Das Projekt strebt die Definition einer "Netzwerk-Ökologie" an, d.h. das Ökosystem von TCNs, einschließlich verschiedener Endanwendungen für Heizung, Kühlung und Entfeuchtung, wobei sowohl technische als auch sozio-ökonomische Aspekte untersucht werden. Konkret zielt das Projekt darauf ab, die wichtigsten Potenziale von TCNs zu identifizieren und die Bedingungen zu verstehen und zu definieren, unter welchen sie am wettbewerbsfähigsten sind.

Kurzbeschreibung (Englisch)

The research project TCology is addressing the novel topic of thermochemical networks (TCN) for heat and cold generation, distribution and storage and aims at identifying suitability and applicability to the Swiss context.  In comparison to classical hydronic district heating and cooling networks (DHCN), TCNs show a great potential for higher energy efficiency in district heating and cooling and integration of renewables through lossless, long-term thermal energy storage at significantly larger storage densities compared to their sensible counterparts. The project strives for the definition of a "network ecology", i.e. the ecosystem of TCNs, including various terminal applications for heating, cooling and dehumidification, exploring both, the technical as well as the socio-economic sphere. Specifically, the project aims at identifying major potentials of TCNs and understanding and defining conditions under which they are most competitive with reference to hydronic DHCNs.

Kurzbeschreibung (Französisch)

Le projet de recherche TCology s'intéresse aux réseaux thermochimiques (TCN) pour la production, la distribution et le stockage de chaleur et de froid et étudie leur adéquation et leur applicabilité en Suisse. Comparés aux réseaux classiques de chauffage et de refroidissement urbains à eau (DHCN), les TCN présentent un grand potentiel pour une efficacité énergétique accrue dans l'approvisionnement en chaleur et en froid ainsi que pour l'intégration d'énergies renouvelables grâce à un stockage thermique à long terme sans pertes et à des densités de stockage nettement plus importantes. Le projet vise à définir une "écologie de réseau", c'est-à-dire l'écosystème des TCN, y compris les différentes applications finales de chauffage, de refroidissement et de déshumidification, en examinant à la fois les aspects techniques et socio-économiques. Concrètement, le projet vise à identifier les principaux potentiels des TCN et à comprendre et définir les conditions dans lesquelles ils sont les plus compétitifs.

Schlussbericht (Deutsch)

Das TCology-Projekt untersuchte das Potenzial thermochemischer Netze für deren Anwendung in der Wärme- und Kälteversorgung und Klimatisierung. Ziel des Projekts war es, zu verstehen, wie thermochemische Netze dazu beitragen können, die Herausforderung einer besseren Nutzung erneuerbarer Energien in der Fernwärme- und Fernkälteversorgung durch ihre Fähigkeiten zur verlustfreien thermischen Energieverteilung und Langzeitspeicherung zu bewältigen. Das Projekt identifizierte und charakterisierte geeignete Anwendungen, die durch Sorptionsprozesse abgedeckt werden können, verschiedene Prozesstypen und Arbeitsflüssigkeiten sowie die optimalen Betriebsbedingungen. Ein Vergleich mit herkömmlichen DHNs ergab einen allgemein geringeren Strombedarf und eine höhere Energie- und Exergieeffizienz bei TCNs. Als eines der Hauptmerkmale von TCNs zeigte sich die Integration von erneuerbaren Energien durch saisonale Lastverschiebung. Die Hauptherausforderungen von TCNs sind nach wie vor Unsicherheiten aufgrund des niedrigen TRLs der Hauptkomponenten und daher fehlende zuverlässige Kostenschätzungen. Eine Stakeholder-Analyse indentifizierte verschiedene potentielle Investorengruppen, darunter Industrieunternehmen, Entwickler/Betreiber von Wärmenetzen und den öffentlichen Sektor.

Schlussbericht (Englisch)

The TCology explored the potential of thermochemical networks for their application in heat and cold supply and climatization. The goal of the project was to understand how thermochemical networks can contribute to addressing the challenge of better exploitation of renewables in district heating and cooling through its capabilities of lossless thermal energy distribution and long-term storage. The project identified and characterized suitable applications to be covered by sorption processes, different process types, and working fluids, along with the boundary conditions needed for optimal performance. A comparison with traditional DHNs was presented revealing generally lower electricity demands and higher energy and exergy efficiencies of TCNs. As one of the main features of TCNs, the successful integration of renewables through seasonal load shifting could be confirmed. Main challenges of TCNs remain uncertainties due to the low TRL of the main components and hence a lack of reliable cost estimates. Stakeholder analysis highlighted the interest of potential investor groups, including industrial companies, thermal grid developers/operators, and the public sector.

Zugehörige Dokumente

• Final report_english [PDF] 18'782 kB

Schlussbericht (Französisch)

Le projet TCology a exploré le potentiel des réseaux thermochimiques pour leur application dans la fourniture de chaleur et de froid et la climatisation. L'objectif du projet était de comprendre comment les réseaux thermochimiques peuvent contribuer à relever le défi d'une meilleure exploitation des énergies renouvelables dans le chauffage et le refroidissement urbains grâce à leurs capacités de distribution d'énergie thermique sans perte et de stockage à long terme. Le projet a permis d'identifier et de caractériser les applications appropriées couvertes par les processus de sorption, les différents types de processus et les fluides de travail, ainsi que les conditions limites nécessaires pour une performance optimale. Une comparaison avec les DHN traditionnels a été présentée, révélant des demandes d'électricité généralement plus faibles et des efficacités énergétiques et exergétiques plus élevées pour les TCN. L'une des principales caractéristiques des TCN est l'intégration réussie des énergies renouvelables par le biais d'un déplacement saisonnier de la charge. Les principaux défis des réseaux transeuropéens restent les incertitudes dues au faible TRL des principaux composants et donc au manque d'estimations fiables des coûts. L'analyse des parties prenantes a mis en évidence l'intérêt de divers groupes d'investisseurs potentiels, notamment les entreprises industrielles, les développeurs/exploitants de réseaux thermiques et le secteur public.