„nachhaltige technologien 1|2018“

17 16 NETZGEBUNDENE WÄRMEVERSORGUNG Stromnetz Wärmepumpe (See) Kunden (Wärmeversorgung) Fernwärmenetz Solarmodul Power to Gas Gasnetz Wärme-Kraft- Kopplung oder über Wärmepumpen) in zeitlich abhängigen Lastprofilen darstellen und die in die Modelle und Simulationen des Gesamtsystems integriert werden. Die Interaktionen des Systems müssen verstanden werden, um mögliche Synergien zwischen diesen Netzwerken zu finden und eine angemessene Ener- gieinfrastruktur aufzubauen oder die existierende besser zu nützen. Tools, die die verschiedenen Ener- gienetzwerke zusammen modellieren, sind deshalb derzeit dringend nötig. Ko-Simulation zur Vereinfachung komplexer Strukturen Neben der normalen Simulation, die eine berechenba- re Vereinfachung der realen Welt darstellt, wird dazu das Konzept der Ko-Simulation verwendet. Ko-Simula- tion ist eine Art von Modellierung, die die Aufteilung eines komplizierten Systems in mehrere einfachere Systeme vornimmt. Die einzelnen Energienetzwerke werden in unterschiedliche Subsysteme aufgesplit- tet und separat simuliert. Durch die Trennung in Subsysteme braucht die Ko-Simulation eine intelli- gente „Dirigentin“, die das Zusammenspiel zwischen den einzelnen Simulationen richtig managt. Dieses Steuerungs-Modul managt den Datenaustausch und den Ablauf der Simulationen. Dadurch wird es möglich das Verhalten des ganzen Systems zu verstehen, die Interaktionen zwischen den Energienetzen zu iden- tifizieren und zu quantifizieren. Einer der Vorteile der Co-Simulation ist, dass jedes Subsystem separat als „Blackbox“ modelliert werden kann. Modelle in verschiedene Programmiersprachen und aus verschie- denen Quellen können somit (theoretisch) problemlos zusammenarbeiten. Damit kann IntegrCiTy bestehen- de Modelle benützen statt neue zu entwickeln, um Interaktionen zwischen Subsystemen zu untersuchen. So können verschiedene Energieplanungsszenarien schnell und einfach getestet und verglichen werden. Die für die Simulationen verwendete Datenbank im- plementiert das CityGML Datenmodell. CityGML ist das Standardformat für Geodaten auf Städteebene. Im Projekt wurde dieses Format weiterentwickelt, insbesondere durch die Verbesserung eines Moduls zum Thema „Energie und Netzwerk“. In der Datenbank werden Informationen über die Gebäude (dreidimen- sionale geometrische Informationen, physikalische Eigenschaften), Energieplanungsszenarien, die sich hinsichtlich Energieproduktion und verwendeter Technologien unterscheiden, sowie verschiedene Energienetzwerkkonfigurationen gespeichert. Fallbeispiel Vevey (Schweiz) Vevey ist eine mittelgroße Stadt (ca. 20‘000 Einwoh- ner 2 ) am Genfersee in der Schweiz. Die Stadt möch- te eine Energieversorgung implementieren, die mit einer 2000-Watt-Gesellschaft kompatibel ist. Dies bedeutet einen wesentlich verringerten Energiever- brauch, insbesondere im Bereich Wärmeerzeugung und -verteilung. Der Bau eines Fernwärmenetzes, das die Wärme des Seewassers nützt, wäre eine Lösung, um die seenahen Gebäude zu heizen. Mit Hilfe einer oder mehrerer Wärmepumpen könnten die nötigen Temperaturen für Heizung und Warmwasserversor- gung gewährleistet werden. Das im Projekt IntegrCiTy entwickelte Tool simuliert und optimiert dieses Fern- wärmenetzwerk in Verbindung mit dem Stromnetz. Vier Szenarien wurden analysiert: • Business as usual (BAU): Dieses Szenario dient als Bezugspunkt und repräsentiert die aktuelle Situation. Auf der Grundlage der gesammelten Daten verwendet die Mehrheit der Wohnungen Gas als Heizmedium, auch Heizöl und Strom kommen zum Einsatz. • SCE 1: Eine zentrale Wärmepumpe erwärmt das Seewasser auf 25°C. Das Wasser wird dann von ver- schiedenen kleinen dezentralen Wärmepumpen in Ge- bäudenähe auf das nötige Temperaturniveau gebracht. • SCE 2: Das Seewasser mit einer Temperatur von ca. 12°C wird direkt von verschiedenen dezentralen Wärmepumpen in den Gebäuden aufgewärmt. Diese Wärmepumpen erhitzen das Wasser auf ein akzep- tables Niveau für Heizung und die Produktion von Warmwasser. • SCE 3: Eine zentrale Wärmepumpe erhitzt das See- wasser bis 70°C und speist es dann in das Fernwär- menetz ein. Dort kann es direkt zum Heizen oder der Warmwasserproduktion verwendet werden. Zu Beginn der Analyse wurden verschiede Trassen des Fernwärmenetzes simuliert. Das entwickelte Tool macht diesen Prozess einfach und effizient: das hydraulische sowie thermische Gleichgeweicht des Systems kann schnell überprüft werden. 2 M. Capezzali et al. Développement d’un outil d’aide à la décision pour l‘intéropérabilité des réseaux énergetiques, Aqua & Gaz, 12, 2017 1 Service cantonal de recherche et d’information statistiques, Atlas statistique du Canton de Vaud, 2016 Wechselwirkungen des analysierten Energienetzwerks der Stadt Vevey – überarbeitet nach M. Capezzali et al. 1