Areale vernetzen - Forum Energie Zürich

[ Areale vernetzen ]
Arealvernetzung am Beispiel ETH Zürich
Thomas Gautschi, Partner A+W
Zürich, 25. Januar 2011
1
Zieldefinition der Wärmeversorgung ETH Hönggerberg
–
–
–
–
–
–
Hohe Versorgungssicherheit (Energiemix, Redundanz)
Attraktive Wirtschaftlichkeit (Life Cycle Costs)
Hoher Freiheitsgrad in der Sanierungsstrategie
Tiefer Schadstoff- und Treibhausgasausstoss
Tiefer Primärenergieverbrauch
Nutzung von Anergie, Reduktion von Exergie
(Qualitäten und Quantität der Energien)
CO2-Ausstoss Gebäudepark
bis 2020 mindestens halbieren
2
Exergetische Betrachtung
Niederwertig
z.B. Erdgas,
Oel, Holz
Hochwertig
Niederwertig
z.B. Wärmepumpe
Hochwertig
3
Abwärmenutzung der ETH
Heute
Fernwärme
4
Morgen
Anergienetz
Dynamisches Erdspeichersystem ETH Zürich
5
6
3
2
5
Vergrösserung Systemgrenze
4
+
7
-
Dynamische Energievernetzung
In 5 Schritten zum Ziel
1
Systemanalyse ETH
Bereitstellung
Verteilung
Energieversorgung
CO2 und Exergie reduzieren
8
Verbrauch
Energiebedarf
optimieren
Der Absenkpfad von Science City
Reduktion des Energiebedarfes
160
400'000
140
350'000
120
m 2 EBF
300'000
100
250'000
80
200'000
-60%
Heizenergie
60
150'000
40
100'000
20
50'000
0
2005
-28%
Strom
kWh/m 2 a
+60%
Fläche
450'000
2008
2011
2014
2017
2020
2023
Entwicklung Fläche
spezifischer Heizenergiebedarf
spezifischer Strombedarf
spezifischer Kälteenergiebedarf
-60%
Kälteenergie
0
2026
Die Behaglichkeits- und Wirtschaftlichkeitskriterien müssen stets verfolgt werden.
9
Baulicher und technischer Absenkpfad
Wärmeenergie HIL
Wärmeenergie HIL
6000
6'000
5244
5000
4'000
Wärmeenergiebedarf MWh/a
5'000
Wärmeenergiebedarf MWh/a
5244
5204
3786
3'000
2'000
1360
4000
3000
1818
2000
1101
1000
1'000
658
59
59
0
0
Jahr
Jahr
gemessene Werte
10
Warmwasser (gemessen)
Lüftung (berechnet)
SIA 380/1 (exkl. mech. L.)
total berechnete Wärmeenergie
gemessene Werte IST
Warmwasser (gemessen)
Lüftung (berechnet)
SIA 380/1 (exkl. mech. L.)
total berechnete Wärmeenergie
Lastprofile 2020
Heiz- / Kälteleistung
20 GWh/a Heizenergie
15 GWh/a Kühlenergie
Saisonale
Verlagerung
durch Speicherung
15 GWh/a
Entladung
Heizen
J
F
M
A
M
J
Kühlen
J
Monat
11
13 GWh/a
Regeneration /
Freecooling
A
S
O
N
D
+
-
Saisonale Wärmespeicherung
12
+
-
Funktion dynamisches Erdspeichersystem
Temperatur
o
(C)
ZUSTAND IM 10. BETRIEBSJAHR
50
Aufladung im
Sommerhalbjahr
(Kühlen)
Entladung im
Winterhalbjahr
(Heizen)
40
Entladung im
Winterhalbjahr
(Heizen)
30
genutzte
TemperaturDifferenz
20
mittlere Temperatur
des Speichers
10
0
13
AuslaufTemperatur
0
50
100
150
EinlaufTemperatur
200
250
Kalendertage des Jahres
300
350
14
15
Arealvernetzung
16
Heiz- / Kälteleistung
Lastprofil und saisonaler Überschuss
der ETH Hönggerberg
Heizen
J
F
M
A
M
J
Kühlen
J
Monat
17
A
S
O
N
D
Funktion dynamisches Erdspeichersystem
18
Kälte- und Wärmeleistungskurve Areal
Deckung Spitzenleistung mit Hochtemperatursystem
oder Reduktion der Spitzenleistung durch
Lastmanagement
4'500
4'000
3'500
kW
3'000
2'500
2'000
1'500
1'000
500
0
0
19
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
Heizleistungsbedarf Gebäude
Kälteleistungsbedarf Gebäude
Entzugswärmeleistung EWS (COP 4.5)
Entzugskälteleistung EWS (FC)
Abbildung Simulationsfile
20
21
Free-Cooling
Erdspeicher
Sammeln, speichern und wiederverwerten
Stetiger Austausch von Wärme- und Kälteenergie zwischen den einzelnen Gebäuden
sowie die Langzeitspeicherung von aktuell nicht benötigter Energie in den Erdspeichern.
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Transformationspfad Wärme / Kälte (inkl. Strom)
[kg CO2_eq / kWh_ex]
Emissionen
0.4
0.3
Masterplan 2020
400'000 m2
0.2
Absenkpfad
baulich / technisch
0.1
0.0
Heute
250'000 m2
Arealvernetzung
0
50
100
150
Energiebedarf [kWh_ex / m2 a]
1kg CO2 / m2 a
12 kg CO2 / m2 a
23
200
Preissensitivität
24
Kostenentwicklung spez. Energiepreise und
Sensitivität bis 2020
Entwicklung spezifische Energiegestehungskosten
Kälte
19
18
17
Wärme
Sanierung Warmwasserkessel
Strom
Erdgas
16
Rp./kWh
15
14
13
12
IBS 1. Phase
Integration HIL
Sanierung
11
10
9
Kälte
8
7
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021
Jahre
Umsetzung neues Energiekonzept EHEZ
Keine Umsetzung EHEZ
Entwicklung bei Primärenergieteuerung um 3%/a EHEZ
Entwicklung bei Primärenergieteuerung um 3%/a kein EHEZ
25
Wärme
Strom
Energiekonzept dynamisches Erdspeichersystem
26
ETH Zürich Hönggerberg, es wird gebaut.
Erdsondenfeld HPL
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ETH Zürich Hönggerberg, es wird gebaut.
Erdsondenfeld HC
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ETH Zürich Hönggerberg, es wird gebaut.
Erdsondenfeld HC
29
ETH Zürich Hönggerberg, es wird gebaut.
Medienkanal und Anergienetz
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Neues Energiekonzept der FGZ
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« Ein Areal birgt durch die Vernetzung
ein weitaus grösseres Effizienzpotential
als die Summe der einzelnen Bauten. »
Amstein + Walthert arbeitet daran
Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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