Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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MicroDHC nimmt die Herausforderung an, thermische Netze in urbanen Gebieten zu fördern durch die Nutzung von Erdwärmesonden (EWS) und Seewasser. Das Projekt fördert mittels Mikroverbünden eine vollständig erneuerbare Deckung des Wärmebedarfs und bietet effiziente, dezentrale Kühllösungen an. Diese Übergangslösungen sind so konzipiert, dass sie eine zukünftige, symbiotische Interaktion mit dem Fernwärmenetz ermöglichen. Dabei werden EWS in einer Übergangsphase intensiv geresp. übernutzt und später, zur Sicherstellung ihrer langfristigen Nutzung, durch die Anbindung an das FW-Netz regeneriert. Durch diesen Ansatz wird der Verlust von Kundschaft durch Einzellösungen vermieden und die zentrale Netzinfrastruktur optimal genutzt. Umfassende Simulationen bilden die Basis für die Entwicklung praktischer Richtlinien zur Planung und zum Betrieb der Mikroverbünde, unterstreichen das Potenzial und die Skalierbarkeit des Konzepts und tragen zur Beschleunigung des flächendeckenden Einsatzes nachhaltiger thermischer Netze in der Schweiz bei.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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MicroDHC is taking on the challenge of promoting thermal networks in urban areas by using geothermal probes and lake water. The project promotes fully renewable coverage of heating needs by means of micro-networks and offers efficient, decentralized cooling solutions. These transitional solutions are designed to enable future symbiotic interaction with the district heating network. In this process, EWS are intensively reused or overused in a transition phase and later regenerated by connecting them to the district heating network to ensure their long-term use. This approach avoids the loss of customers to individual solutions and ensures that the central network infrastructure is used optimally. Comprehensive simulations form the basis for the development of practical guidelines for the planning and operation of microgrids, underline the potential and scalability of the concept and contribute to accelerating the widespread use of sustainable thermal networks in Switzerland.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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MicroDHC relève le défi de promouvoir les réseaux thermiques dans les zones urbaines grâce à l'utilisation de sondes géothermiques (SG) et d'eau de mer. Au moyen de micro-réseaux, le projet favorise une couverture entièrement renouvelable des besoins en chaleur et propose des solutions de refroidissement efficaces et décentralisées. Ces solutions transitoires sont conçues de manière à permettre une future interaction symbiotique avec le réseau de chauffage urbain. Dans ce cadre, les SGE sont intensivement surexploités pendant une phase de transition et, plus tard, pour garantir leur utilisation à long terme, ils sont régénérés par le raccordement au réseau de chauffage à distance. Cette approche permet d'éviter la perte de clients par des solutions individuelles et d'utiliser de manière optimale l'infrastructure centrale du réseau. Des simulations complètes constituent la base du développement de directives pratiques pour la planification et l'exploitation des micro-réseaux, soulignent le potentiel et l'évolutivité du concept et contribuent à accélérer le déploiement de réseaux thermiques durables sur l'ensemble du territoire suisse.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Thermische Netze gelten als zentrales Element zur Dekarbonisierung des Wärme- und Kältesektors in urbanen Gebieten der Schweiz. Sie ermöglichen die effiziente Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Seewärme und tragen so wesentlich zur Reduktion von CO2-Emissionen bei. Gleichzeitig stehen thermische Netze vor verschiedenen Herausforderungen: Die Spitzenlastdeckung wird aus Kostengrün-den häufig noch mittels fossiler Energieträger realisiert, was im Widerspruch zur Klimastrategie der Schweiz steht. Darüber hinaus kann in der Zukunft der steigende Bedarf an Kühlung nicht abgedeckt werden, wenn ein thermisches Netz als Hochtemperaturnetz ausgelegt ist («lock-in»). Hinzu kommt das Risiko eines Kundschaftsverlusts, wenn der Anschluss an die Fernwärme nicht schnell genug gewähr-leistet werden kann. Das Konzept von MicroDHC greift diese Thematik auf und sieht als primären Forschungsfokus vor, zentrale Hochtemperaturnetze mit dezentralen Erdwärmesonden (EWS) zu ergänzen, welche als Wärmequelle zur Deckung von Spitzenlast und als Wärmesenke zur Kühlung dienen. Um eine langfristige Bindung der Kundschaft zu gewährleisten, wird der Mikroverbund bereits während der Ausbauphase des Netzes im Sinne einer Übergangslösung betrieben. Durch die spätere Integration des Mikroverbunds ins Fernwärmenetz kann dadurch die Umsetzung von Einzellösungen vermieden werden. Die Wirtschaftlichkeitsanalyse für einen Referenzfall ohne Kühlung zeigt, dass ein nicht degradiertes EWS-Feld – im Vergleich zum Fernwärmenetz via Seewärme – Spitzenlast wettbewerbsfähig bereit-stellen kann. Beim Vergleich mit den reinen Energiepreisen einer bestehenden Gasheizung, ist der Be-trieb der EWS in der Übergangsphase allerdings nicht kostendeckend. Dem gegenüber steht der Effekt der Kundschaftsbindung (Verzicht auf Einzellösungen). Eine langfristige Bindung zukünftiger Netzteil-nehmenden kann als notwendige Investition in die Zukunft des Wärmenetzes betrachtet werden. Kann der Mikroverbund darüber hinaus in der Übergangsphase zur Bereitstellung von Kühlung eingesetzt werden, wird die Wirtschaftlichkeit des Betriebs in der Übergangsphase gestärkt. In einem weiteren Ansatz wird untersucht, wie suburban geprägte Gebiete mit geringer Energiedichte in erneuerbare Wärmeverbünde integriert werden können – dies erfolgt exemplarisch anhand des Wegmattquartiers in Horw/Kriens. Trotz vorhandenem Seewasserverbund scheiterten bisherige Ansätze an der Wirtschaftlichkeit und der aufwändigen Akquise von Quartierzentralen. Die Aktivierung von Nachbarschaften, wie in QUBE und LANTERN erprobt, verspricht im Sinne eines bottom-up Ansatzes neue Blickwinkel. Die Verschiebung der Investitionsgrenze hin zur Kundschaft eröffnet dabei neue Optionen: flexible Standortwahl, Synergien mit PV, höhere Akzeptanz und vollständig fossilfreie Lösungen. Das Projekt ziel darauf ab, dass Mikroverbünde auch in Gebieten geringer Dichte realisierbar werden, wenn Bevölkerung, Gemeinden und Energieversorger gemeinsam handeln.
Zugehörige Dokumente
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Publikationen / Ergebnisse
(Englisch)
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District heating and cooling (DHC) networks are deemed a key element in decarbonising the heating and cooling sector in urban areas in Switzerland. They allow the efficient use of renewable energy sources such as lakes and thus contribute significantly to reducing CO2 emissions. At the same time, DHC networks face various challenges: for economic reasons, peak load is often still covered using fossil fuels, which contradicts Switzerland's climate strategy. Furthermore, the increasing demand for cooling cannot be met in the future by district heating networks designed as a high-temperature network (“lock-in” effect). There is also the risk of losing customers if the connection to district heating cannot be guaranteed quickly enough. MicroDHC addresses these issues and focuses primarily on supplementing centralised high-tempera-ture networks with decentralised microgrids in combination with geothermal boreholes, which serve as a heat source to cover peak loads and as a heat sink for cooling. To ensure long-term customer rela-tionship, the microgrid is conceived as a transitional solution during the expansion phase of the district heating network. The subsequent integration of the microgrid into the district heating network avoids al the implementation of individual solutions (and the subsequent customer loss). The economic analysis for a reference case without cooling shows that a non-degraded borehole field can provide competitive peak load compared to the lake-source district heating network. However, when compared to the energy prices of an existing gas heating system, the operation of the boreholes does not cover costs during the transition phase. On the other hand, there is the effect of avoiding individual solutions and the subsequent customer loss. Long-term contractual relationships of future network par-ticipants can be seen as a necessary investment to ensure a sustainable future of the district heating network. If the microgrid can also be used to provide cooling during the transition phase and beyond, the economic efficiency of its operation is enhanced. Another approach in MicroDHC examines how suburban areas with low energy density can be inte-grated into renewable heating networks – this is investigated using a reference case in Horw/Kriens. Despite the existing lake-source DHC network, previous approaches to further expand the network have failed due to economic considerations and the costly realisation of district substations. The activation of neighbourhoods, as tested in related research projects, promises new perspectives in the sense of a bottom-up approach. Shifting the investment threshold towards the customer opens new options: flexible location selection, synergies with PV, higher acceptance and completely fossil-free solutions. The pro-ject aims to make microgrids feasible even in low-density areas when the population, municipalities and energy suppliers act together.
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Publikationen / Ergebnisse
(Französisch)
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Les réseaux thermiques sont considérés comme un élément central de la décarbonisation du secteur du chauffage et du refroidissement dans les zones urbaines de Suisse. Ils permettent une utilisation efficace des sources d'énergie renouvelables telles que la chaleur des lacs et contribuent ainsi de ma-nière significative à la réduction des émissions de CO2. En même temps, les réseaux thermiques sont confrontés à divers défis : pour des raisons de coût, la couverture des pics de consommation est encore souvent assurée par des combustibles fossiles, ce qui est en contradiction avec la stratégie climatique de la Suisse. De plus, à l'avenir, la demande croissante en refroidissement ne pourra pas être satisfaite si un réseau thermique est conçu comme un réseau à haute température (« lock-in »). À cela s'ajoute le risque de perdre des clients si le raccordement au réseau de chauffage urbain ne peut être assuré assez rapidement. Le concept MicroDHC aborde cette question et prévoit comme axe de recherche principal de compléter les réseaux centraux à haute température par des sondes géothermiques décentralisées (EWS), qui servent de source de chaleur pour couvrir les pics de consommation et de puits de chaleur pour le refroidissement. Afin de garantir la fidélisation à long terme de la clientèle, le micro-réseau est exploité dès la phase d'extension du réseau à titre de solution transitoire. L'intégration ultérieure du micro-réseau dans le réseau de chauffage urbain permet d'éviter la mise en oeuvre de solutions individuelles. L'analyse de rentabilité pour un cas de référence sans refroidissement montre qu'un champ EWS non dégradé peut fournir une charge de pointe compétitive par rapport au réseau thermique via la chaleur du lac. Toutefois, si l'on compare les prix de l'énergie d'un système de chauffage au gaz existant, l'ex-ploitation de l'EWS pendant la phase de transition n'est pas rentable. À cela s'oppose l'effet de fidélisa-tion de la clientèle (renonciation aux solutions individuelles). La fidélisation à long terme des futurs par-ticipants au réseau peut être considérée comme un investissement nécessaire à l'avenir du réseau de chaleur. Si le micro-réseau peut en outre être utilisé pour fournir du refroidissement pendant la phase de transition, la rentabilité de son exploitation pendant cette phase s'en trouve renforcée. Une autre approche examine comment les zones suburbaines à faible densité énergétique peuvent être intégrées dans des réseaux de chaleur renouvelables, à titre d'exemple dans le quartier Wegmatt à Horw/Kriens. Malgré l'existence d'un réseau d'eau lacustre, les approches précédentes ont échoué en raison de leur rentabilité et de l'acquisition coûteuse de centrales de quartier. La mobilisation des quar-tiers, telle qu'elle a été testée dans le cadre des projets QUBE et LANTERN, promet de nouvelles pers-pectives dans le sens d'une approche ascendante. Le déplacement de la limite d'investissement vers la clientèle ouvre de nouvelles options : choix flexible du site, synergies avec le photovoltaïque, meil-leure acceptation et solutions entièrement sans énergie fossile. Le projet vise à rendre les micro-réseaux réalisables même dans les zones à faible densité de population, lorsque la population, les communes et les fournisseurs d'énergie agissent ensemble.
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