Empa
Klimaneutraler Forschungscampus bis 2030
26 Gebäude über 12 Hubs: auf dem Weg zu Empas Ziel der Klimaneutralität 2030.
Eine CO₂-Reduktion von 10 % ist im aktuellen Zustand bereits erreicht, weitere 25 % sind im geplanten Zustand auf dem Weg zur Klimaneutralität 2030 modelliert.
- Kunde
- Empa
- Sektor
- Campus
- Standort
- Dübendorf, Schweiz
- Projekttyp
- Campus-Dekarbonisierung
- CO₂
- −35 % auf das Ziel 2030
- Werkzeuge
- Sympheny · MILP-Optimierung · Mehrtemperatur-Netzmodellierung · Dreizustands-Vergleich
Den Empa-Campus in Dübendorf auf Klimaneutralität bis 2030 ausrichten und das Modell zugleich nutzbar halten, während sich der Standort weiterentwickelt.
Ein lebendes Campus-Modell mit bis zu 26 Gebäuden über 12 Energie-Hubs erstellt und Ausgangs-, Ist- und Planzustand verglichen.
Einen Pfad zu 35 % CO2-Reduktion aufgezeigt und ein Modell geliefert, das die Empa bei veränderten Gebäuden und Annahmen erneut rechnen kann.
Die Herausforderung
Die Empa, die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, hat sich für ihren Hauptcampus in Dübendorf bis 2030 das Ziel der Klimaneutralität gesetzt. Der Campus wächst zudem: neue Gebäude, eine Erweiterung des Mitteltemperaturnetzes und zusätzliche Forschungskapazität durch hauseigene Innovationen von Empa und Eawag in den Bereichen Energieerzeugung, Speicherung und Abwasserbehandlung.
Das Energiesystem war bereits vor der Erweiterung komplex. Hoher Wärme-, Kälte- und Strombedarf besteht neben Produktion vor Ort, mehreren thermischen Netzen und Speicherkomponenten: und diese Komplexität nimmt mit der Entwicklung des Standorts zu. Die Empa benötigte eine ganzheitliche Sicht auf das aktuelle System, bevor sie die nächste Stufe planen konnte. Zwei Fragen mussten gemeinsam beantwortet werden: Ist der aktuelle Betrieb für den Standort bereits optimal, und wie muss die geplante Erweiterung konfiguriert werden, um das Ziel 2030 tatsächlich zu erreichen, ohne das institutionelle Wissen zu verlieren, das bereits in den Daten des Teams steckt.
Wie Sympheny eingesetzt wurde
Sympheny und die Empa starteten mit einem gemeinsamen Workshop, um die Randbedingungen abzustecken und vorhandene Daten zu sichten, und bauten anschliessend ein einziges Hub-und-Netz-Modell auf, das drei definierte Zustände abdeckt: Ausgangszustand, aktueller Zustand und geplanter Zustand. Der Campus wurde in 12 Hubs mit einer Zeitauflösung von einer Stunde zerlegt, wobei Strom, Wärme auf mehreren Temperaturniveaus und Kälte allesamt abgebildet wurden. Jeder Zustand hatte seinen eigenen Technologie- und Netzsatz: Ausgangszustand und aktueller Zustand waren eng eingegrenzt, um abzubilden, was tatsächlich installiert ist, während der geplante Zustand die Technologiewahl für den Optimierungsalgorithmus öffnete.
- Mehrtemperatur-Netzmodell: Erfasste das Hochtemperatur-, Mitteltemperatur- und Kältenetz gemeinsam in stündlicher Auflösung, damit die bidirektionalen MT-Austausche sauber analysiert werden konnten.
- Dreizustands-Vergleich: Modellierte Ausgangszustand, aktuellen Zustand und geplanten Zustand nebeneinander, sodass der Fahrplan zur Klimaneutralität gegen den verifizierten historischen Betrieb verankert war.
- Lebendiger Energieplan: Lieferte das Modell direkt in Empas Sympheny-Konto, sodass das Team Szenarien neu rechnen kann, wenn sich Randbedingungen wie Preise und Bedarf verändern.
Die drei in Sympheny modellierten Zustände: Ausgangszustand (22 Gebäude, 172 kWp PV, Gaskessel und Kältemaschinen), aktueller Zustand (+3 Gebäude, +274 kWp, plus WKK, Wärmepumpe und Erdsonden) und geplanter Zustand (+3 weitere Gebäude, +542 kWp).
Empas Campus in Dübendorf, im Sympheny-Modell in 12 Hubs zerlegt, wobei jeder Hub in der Optimierung als eigenes Teilsystem behandelt wird.
Ergebnis
Der stündliche Vergleich der drei modellierten Zustände zeigt, dass im aktuellen Zustand gegenüber dem Ausgangszustand eine CO₂-Reduktion von 10 % erreichbar ist, und im geplanten Zustand eine weitere Reduktion von 25 %: ein Fahrplan, der mit dem Ziel der Klimaneutralität 2030 übereinstimmt. Die Präsentation des Ausgangs- und des aktuellen Modells brachte zudem Messungenauigkeiten in den vorhandenen Daten zum Vorschein, die die Empa anschliessend in einem zweiten Durchgang im Modell korrigieren konnte.
Die Analyse des Mitteltemperaturnetzes: Wärmerückgewinnungs-Kältemaschinen, Prozessabwärme aus der Hochtemperaturkühlung, Niedrigtemperaturquellen für die Wärmepumpe und saisonale Speicherung über Erdsonden, bestätigte die Integration der Erdsondentechnologie in das künftige Konzept. Sie brachte zudem Potenziale zum Energieaustausch zwischen Gebäuden zum Vorschein, die das Team zuvor nicht sehen konnte. Empas Modell liegt nun in deren Sympheny-Konto als “lebendiger Energieplan”, den das Team neu rechnen kann, wenn sich die Randbedingungen ändern.
Das bidirektionale Mitteltemperaturnetz, wie es in Sympheny analysiert wurde: es bringt Potenziale zum Energieaustausch zwischen Gebäuden zum Vorschein und bestätigt die Integration der Erdsondentechnologie im künftigen Konzept.
Ein stündlicher Dreizustands-Vergleich (Ausgangszustand, aktueller Zustand, geplanter Zustand) bestätigte einen Fahrplan, der mit Empas Ziel der Klimaneutralität 2030 übereinstimmt: 10 % CO₂ sind bereits erreichbar, weitere 25 % im geplanten Zustand. Das Modell liegt in Empas Konto als lebendiger Energieplan.
