Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Das Projekt soll wirtschaftliche Lösungen für den Einsatz erneuerbarer Energien als Ersatz für fossile Brennstoffe bieten. Das Konzept des Anergiekreislaufs mit Wärmeerzeugung und -quellen, die entlang eines Netzwerks verteilt sind, ermöglicht es, verfügbare Flächen als Wärmequellen zu nutzen sowie die lokale Wärmerückgewinnung zu maximieren. Darüber hinaus ist das Konzept modular und kann auf die meisten Schweizer Städte und Dörfer übertragen werden, um die Wärmeerzeugung, die für den Großteil der CO2-Emissionen verantwortlich ist, zu dekarbonisieren.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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The aim of the project is to provide cost-effective solutions for using renewable energies to replace fossil fuels. The anergy loop concept, with heat production and sources distributed along the network, makes it possible to use available surfaces as heat sources and maximize local heat recovery. What's more, the concept is modular and can be replicated in the majority of Swiss towns and villages to decarbonize heat production, which is responsible for the majority of CO2 emissions.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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Le projet consiste à apporter des solutions économiques à la mise en place d’énergies renouvelables comme remplacement des énergies fossiles. Le concept de boucle anergie avec des productions et des sources de chaleur distribuées le long de réseau permet d’utiliser les surfaces disponibles comme sources de chaleur ainsi que de maximiser la récupération de chaleur locale. De plus, le concept est modulaire et peut se répliquer à la majorité de villes-villages suisses afin de décarboniser la production de chaleur responsable de la majorité des émissions de CO2.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Eine der Lösungen zur Dekarbonisierung des Gebäudesektors ist die Fernwärme (FW). Ein traditionelles FW-System benötigt ein Heizwerk, nimmt erheblichen Platz in der Straße aufgrund seiner isolierten Rohre ein und erzeugt beträchtliche Energieeffizienzverluste durch seine hohe Anfangstemperatur und thermische Verluste im Boden. Die Schweiz hat 1.191 Gemeinden mit weniger als 2.000 Einwohnern. In diesen Gemeinden gibt es oft mehrere kleine Dörfer, wo der Platz für die Installation großer Wärmeerzeugungseinheiten und vorisolierten Rohren fehlt. Im Gegensatz dazu spart eine Anergienetz Platz und Energie durch die Nutzung eines Niedrigtemperatur-Energienetzwerks mit nicht isolierten Rohren, an das die Gebäude eine Wärmepumpe (WP) anschließen. Dieses Projekt zielt darauf ab, das Problem der Wärmequelle durch die Dezentralisierung von geothermischen Energiequellen entlang ihres Weges, speziell in den Straßen, die Gebäude verbinden, zu mildern. Dieser Bericht untersucht daher die technische und wirtschaftliche Machbarkeit eines 5. Generation Ein-Rohr-FW-Systems mit dezentralisierten Hauptenergiequellen. Diese Dezentralisierung ist zweifach, betrifft sowohl die Energieproduktion durch WPs als auch die Energiequelle des Netzes, nämlich geothermische Sonden. Dies ist hauptsächlich durch den Abstand zwischen den Sonden entlang der Straßen möglich, der die Interaktion zwischen den Sonden begrenzt und die Nutzung zusätzlicher regenerativer Quellen aufgrund der niedrigen Netztemperatur ermöglicht. Diese dezentralisierten Energierückgewinnungssysteme werden installiert, um das Anergie-Netzwerk während der warmen Jahreszeit zu regenerieren, was eine Energiespeicherung in den Sonden ermöglicht. Das Dorf Grandvaux dient als Fallstudie mit 67 Gebäuden, die einen Wärme-bedarf von 2.300 MWh/Jahr haben. Diese Studie zeigte, dass es möglich war, die Dorfstraßen als Bohrfläche zu nutzen und es optimal ist, die Gebäude in Gruppen von 6-10 zu gruppieren und sie an die Ein-Rohr-Anergie-Schleife anzuschließen, bestehend aus einer einfachen Schleife mit in Serie geschalteten Agenten. Gruppen von 8 geothermischen Sonden sind zwischen den Gebäudegruppen eingeschaltet, was in einem günstigen Verhältnis von etwa 1 Sonde pro Gebäude mit durchschnittlichem Bedarf von 35.000 kWh resultiert. Die in der Studie entwickelten numerischen Simulationen ermöglichten die energetische und hydraulische Modellierung des Netzes und bestätigten seine Lebensfähigkeit über 50 Jahre. Ein Vergleich wurde mit einer Lösung gemacht, bei der jedes Haus seine eigenen Sonden hat, was zeigt, dass 33% mehr Sondenlänge notwendig ist, um die gleichen Bedürfnisse zu erfüllen. In einem zweiten Vergleich mit einem traditionellen zentralisierten FW-System wurde geschätzt, dass die Lösung dieser Studie 25% weniger Sonden, 65% weniger Pumpenergie und 30% weniger elektrische Energie für die gleichen Gebäudeheizbedürfnisse benötigt. Diese Reduzierung der Anzahl der Sonden ist wesentlich und ermöglicht die Implementierung der Anergie-Lösung mit de-zentralisierten Quellen, wenn ein Straßenlängen-zu-Energiebedarfs-Verhältnis von mindestens 0,5 Metern Straße pro MWh Energiebedarf erreicht ist. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Art von CAD5R in der Regel auf Dörfer mit weniger als 2.000 Einwohnern und durchschnittlich weniger als 4-stöckigen Gebäuden angewendet wird. Es wird dort angewendet, wo die Energieintensität gering ist und daher finanziell wenig attraktiv für eine klassische zentralisierte CAD ist und wo individuelle Lösungen aus Platz- oder Lärmschutzgründen nicht im gesamten Dorf umgesetzt werden können. Die Anforderungen und Kosten des Projekts können nun mit der von Planeto entwickelten Software simuliert werden.
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Schlussbericht
(Englisch)
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One solution to decarbonizing the building sector is district heating (DH). A traditional DH system requires a heating plant, occupies significant space in the road due to its insulated pipes, and generates considerable energy efficiency losses due to its high starting temperature and thermal losses in the ground. Switzerland has 1,191 municipalities with fewer than 2,000 inhabitants. In these municipalities, there are often several small villages where space for installing large heat production units and pre-insulated pipes is lacking. In contrast, an anergy loop saves space and energy by using a lowtemperature energy network with uninsu-lated pipes, onto which buildings connect to supply a heat pump (HP). This project aims to mitigate the heat source problem by decentralizing geothermal energy sources along its path, specifically in the roads connecting buildings. This report thus studies the technical and economic feasibility of a 5th generation singlepipe DH system with decentralized main energy sources. This decentralization is twofold, concerning both the energy production by HPs and the network's energy source, namely geothermal probes. This is mainly possible due to the spacing between borehole along the roads, limiting the interaction between borehole and allowing the valorization of additional regenerative sources due to the network's low temperature. These decentralized energy recovery systems are installed to regenerate the anergy network during the warm period of the year, allowing energy storage in the boreholes. The village of Grandvaux serves as a case study with 67 buildings needing 2,300 MWh/year of heat. This study showed that it was possible to use the village roads as drilling surface and optimal to group buildings into clusters of 6-10, connecting them to the singletube anergy loop, consisting of a simple loop with seriesconnected agents. Groups of 8 geothermal borehole are interspersed between the building clusters, resulting in a favorable ratio of about 1 borehole per building with average needs of 35,000 kWh. The numerical simulations developed in the study allowed for the energetic and hydraulic modeling of the network and confirmed its viability over 50 years. A comparison was made with a solution where each house has its own borehole, showing that 33% more probe length is necessary to meet the same needs. In a second comparison with a traditional centralized DH system, it was estimated that this study's solution requires 25% fewer borehole, 65% less pumping energy and 30% less electrical energy for the same building heating needs. This reduction in the number of borehole is essential and allows for the implementation of the anergy solution with decentralized sources when a road length to energy needs ratio of at least 0.5 meters of road per MWh of energy needs is met. In conclusion, this type of CAD5R generally applies to villages with fewer than 2,000 inhabitants, with an average of buildings of less than 4 stories. It is applicable where the energy density is low and therefore financially unattractive for a conventional centralized CAD, and where individual solutions cannot be implemented throughout the village due to noise or space constraints. The energy demands and costs of the project can now be simulated with the software developed by Planeto.
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Schlussbericht
(Französisch)
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L’une des solutions à la décarbonation du domaine du bâtiment est le chauffage à distance (CAD). Un CAD traditionnel nécessite une centrale de chauffe, a une emprise considérable dans la route par ses conduites isolées et engendre d’importantes pertes d’efficacité énergétique de par sa haute température de départ ainsi que par ses pertes thermiques dans le terrain. La Suisse compte 1191 Communes de moins de 2'000 habi-tants. Dans ces Communes, il existe souvent plusieurs petits villages où la place pour installer de grosses unités de production de chaleur et des conduites préisolées manque. Une boucle anergie permet au contraire de réaliser des économies de place et d’énergie en utilisant un réseau énergétique basse température avec des tuyaux non isolé sur lequel les bâtiments viennent alimenter une pompe à chaleur (PAC). Ce projet vise à mitiger la problématique de la source de chaleur en décentralisant les sources d’énergie géothermique le long de son parcours et plus précisément dans les routes reliant les bâtiments. Ce rapport étudie donc la faisabilité technique et économique d’un CAD de 5ème génération monoconduite (CAD 5R) avec une décen-tralisation des sources principales d’énergie. Cette décentralisation est double, concernant à la fois la production d’énergie par des PAC et la source d’énergie du réseau, à savoir des sondes géothermiques. Ceci est principalement possible grâce à l’espacement entre les sondes le long des routes, limitant l’interaction entre les sondes ainsi que des sources régénération complémentaires valorisables grâce à la basse température du réseau. Ces équipements de récupération d’énergie décentralisés sont mis en place afin de régénérer le réseau anergie durant la période chaude de l’année permettant un stockage d’énergie dans les sondes. Le village de Grandvaux sert de cas d’étude avec 67 bâtiments ayant des besoins en chaleur de 2'300 MWh/an. Cette étude a montré qu’il était possible d’utiliser les routes du village comme surface de forage et qu’il était optimal de répartir les bâtiments en groupes de 6-10 bâtiments, et de les relier à la boucle anergie monotube, constituée d’une boucle simple avec des agents connectés en série. Des groupes de 8 sondes géothermiques sont intercalés entre les groupes de bâtiments, résultant en un ratio avantageux d’environ 1 sonde par bâtiment de besoins moyens de 35'000 kWh. Les simulations numériques développées dans l’étude ont permis de modéliser énergétiquement et hydrauliquement le réseau et de confirmer sa viabilité sur 50 ans. Une comparaison a été réalisée avec une solution où chaque habitation possède ses propres sondes montrant que 33% de longueur de sonde supplémentaires sont nécessaires afin de subvenir aux mêmes besoins. Dans une seconde comparaison avec un CAD traditionnel centralisé, il a été estimé que la solution de cette étude permet d’employer 25% moins de sondes et 65% moins d’énergie de pompages et 30% de moins d’énergie électrique pour les mêmes besoins de chauffage des bâtiments. Cette réduction du nombre de sondes est essentiel et permet de l’implémentation la solution anergie avec sources décentralisée lorsque qu’un ratio longueur de route sur besoin en énergie est de au moins 0.5 mètres de route par rapport aux besoins en énergie en MWh. En conclusion, ce type de CAD5R s’applique généralement aux villages de moins de 2 000 habitants avec en moyenne des bâtiments de moins de 4 étages. Il s’applique là où la densité énergétique est faible donc peu intéressante financièrement pour une CAD classique centralisé et où les solutions individuelles ne peuvent pas être mises en place sur l'ensemble du village pour des raisons de bruit et/ou de place. Les besoins et les coûts de l’ouvrage peuvent maintenant être simulés avec le logiciel développé par Planeto une fois la règle des 0.5 m/MWh remplie.
Zugehörige Dokumente
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