DecenTGrids - Dezentrale Speicher für das Energiemanagement in thermischen Netzen – Optimale Auslegung und Betrieb

• Unité de recherche: OFEN
• Numéro de projet: SI/502748

Description succincte (Allemand)

Wärmespeicher können dabei helfen, thermische Netze rationaler zu dimensionieren und zu betreiben. Es können damit Lastspitzen geglättet und der Einsatz fossiler Spitzenlastkessel vermieden werden. Wärmeüberschüsse können zwischengespeichert werden. Insbesondere dezentrale Speicher ermöglichen es zudem, einzelne Netzabschnitte zu entlasten, bzw. Netzverdichtungen und Erweiterungen zu ermöglichen. Sie sind auch ideal für die effiziente Einbindung dezentraler Wärmeerzeuger. In diesem Projekt werden die möglichen Kosten- und Emissionseinsparungen durch den Einsatz dezentraler thermischer Speicher in unterschiedlichen Fernwärmenetzen quantifiziert. Zusätzlich zu Empfehlungen für die Dimensionierung und den Betrieb solcher Speicher, wird ein Excel-Anwendertool entwickelt, mit dem Planer den Einfluss von Speichern auf die Leistungsverteilung und die Kosten eines thermischen Netzes bestimmen können.

Description succincte (Anglais)

Heat storage tanks can help to rationalize the dimensioning and operation of thermal networks. They can be used to smooth load peaks and avoid the use of fossil fuel peak load boilers. Excess heat can be stored temporarily. In particular, decentralized storage tanks make it possible to relieve the load on individual network sections and enable network densification and expansion. They are also ideal for efficiently integrating decentralized heat generators. In this project, the possible cost and emission savings resulting from the use of decentralized thermal storage in different district heating networks are quantified. In addition to recommendations for the sizing and operation of such storage, an Excel application is developed that planners can use to determine the influence of storage on the power distribution and the costs of a thermal network.

Description succincte (Français)

Les accumulateurs de chaleur peuvent aider à dimensionner et à exploiter les réseaux thermiques de manière plus rationnelle. Ils permettent de lisser les pics de charge et d'éviter l'utilisation de chaudières fossiles pour les pics de charge. Les excédents de chaleur peuvent être stockés temporairement. Les accumulateurs décentralisés, en particulier, permettent en outre de délester certaines sections du réseau ou de permettre des densifications et des extensions du réseau. Ils sont également idéaux pour l'intégration efficace de générateurs de chaleur décentralisés. Dans ce projet, les économies de coûts et d'émissions possibles grâce à l'utilisation d'accumulateurs thermiques décentralisés dans différents réseaux de chauffage urbain sont quantifiées. En plus de recommandations pour le dimensionnement et l'exploitation de tels réservoirs, un outil utilisateur Excel sera développé pour permettre aux planificateurs de déterminer l'influence des réservoirs sur la distribution de puissance et les coûts d'un réseau thermique.

Rapport final (Allemand)

Wärmespeicher unterstützen die Auslegung und den Betrieb von Fernwärmenetzen, indem sie Lastspitzen reduzieren, lokale Netzengpässe reduzieren und die Einbindung erneuerbarer Wärme oder Abwärme verbessern. Der Einsatz dezentraler thermischer Speicher, die nahe bei den Verbrauchern oder bei Netzverzweigungen installiert werden, ist besonders dann interessant, wenn für eine zentrale Wärmespeicherung nur begrenzt Platz verfügbar ist oder zusätzliche Verbraucher angeschlossen werden sollen, ohne dass Leitungen ersetzt werden müssen. Im Projekt wurden dezentrale thermische Speicher anhand eines Biomasse-Fernwärmenetzes sowie zweier Fallstudien analysiert. Die dynamische Optimierungs- Software optihood wurde für die räumliche Modellierung thermischer Netze erweitert, und mit PeakAnalyser und THENA wurden praxistaugliche Werkzeuge für Planer entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, dass dezentrale Speicher die Spitzenleistung deutlich reduzieren können, insbesondere wenn kurze Lastspitzen oder lokale Leitungsengpässe auftreten. In den untersuchten Fällen wurden Reduktionen der Spitzenleistung von bis zu 36 % erreicht. Wirtschaftlich attraktiv sind dezentrale Speicher jedoch vor allem dann, wenn die reduzierte Spitzenleistung Netzausbauten oder teuren Spitzenlastbetrieb vermeidet.

Documents annexés

• Factsheet-DecenTGrids_deutsch [PDF] 350 kB

Rapport final (Anglais)

Thermal storages support the design and operation of district heating networks by reducing peak loads, relieving local grid bottlenecks, and improving the integration of renewable or surplus heat. Decentral thermal storages, installed close to consumers or in network branches, are especially relevant where space for central storage is limited or where additional consumers are to be connected without immediately replacing pipes. This project analysed decentral thermal storages using a biomass district heating network and two Swiss case studies. The dynamic optimization tool optihood was extended for spatial thermal grid modelling, and a practical planner toolchain was developed with PeakAnalyser and THENA. The results show that decentral storages can significantly reduce peak heating power, especially where short load peaks or local pipe constraints occur. In the investigated cases, peak reductions of up to 36% were achieved. However, decentral storage is economically attractive mainly when the reduced peak power avoids infrastructure expansion or costly peak operation.

Documents annexés

• Final report_english [PDF] 5'809 kB

Rapport final (Français)

Les stockages thermiques contribuent au dimensionnement et à l’exploitation des réseaux de chauffage à distance en réduisant les pointes de charge, en soulageant les congestions locales du réseau et en améliorant l’intégration de chaleurs de sources renouvelables ou excédentaires. Les stockages thermiques décentralisés, situés à proximité des consommateurs ou dans les branches du réseau, sont particulièrement pertinents lorsque l’espace disponible pour un stockage central est limité ou lorsque de nouveaux consommateurs sont raccordés sans remplacer immédiatement les conduites. Ce projet a analysé les stockages thermiques décentralisés à l’aide d’un réseau de chauffage à distance alimenté par biomasse ainsi que de deux études de cas suisses, Wallisellen et Meilen. L’outil d’optimization dynamique optihood a été étendu pour la modélisation spatiale des réseaux thermiques, et une chaînew d’outils pratique destinée aux planificateurs a été développée avec PeakAnalyser et THENA. Les résultats démontrent que les stockages décentralisés peuvent réduire considérablement la puissance de pointe, en particulier lors des pointes de charge courtes ou lorsque des contraintes locales dans les conduites apparaissent. Dans les cas étudiés, des réductions de pointe aussi grand que 31-36 % ont été obtenues. Toutefois, les stockages décentralisés sont économiquement avantageux principalement^lorsque la réduction de la puissance de pointe permet d’éviter des extensions d’infrastructure ou une exploitation en pointe coûteuse.