Concetto energetico strategico per il quartiere Insel-Holligen

La sfida

A metà 2020, Energie Wasser Bern (ewb), il fornitore bernese nato nel 2002 dalla fornitura municipale di elettricità, gas, acqua e teleriscaldamento, si è associato allo studio di ingegneria e sostenibilità Eicher+Pauli per sviluppare un nuovo concetto energetico per il settore Insel-Holligen di Berna. Il sito si trova in prossimità dell’Aare, il che rendeva una rete termica a bassa temperatura alimentata dalla falda freatica e/o dall’acqua di fiume la questione centrale di progettazione.

La difficoltà stava nel fatto che la falda freatica e l’acqua di fiume non possono essere utilizzate liberamente. La loro disponibilità stagionale deve essere rispettata per preservare la sostenibilità della risorsa, il che si ripercuote direttamente sul dimensionamento della rete e sulla scelta delle tecnologie complementari in ogni hub. I metodi su foglio di calcolo potevano cogliere parti del problema ma non l’immagine completa alla risoluzione richiesta, e il team voleva un modo più rapido e più affidabile di trovare il compromesso ottimale tra costi ed emissioni.

Come è stato utilizzato Sympheny

Insel-Holligen è stato suddiviso in sei settori, ciascuno modellato come un hub energetico distinto. Gli hub erano collegati dall’infrastruttura esistente e dalla rete termica a bassa temperatura candidata. Per ogni hub, i pianificatori energetici hanno fornito profili di domanda di calore e freddo a diversi livelli di temperatura, oltre a un insieme di tecnologie di fornitura energetica candidate. Gli algoritmi di Sympheny hanno poi ottimizzato il sistema a risoluzione oraria, restituendo un fronte di Pareto che va dalle soluzioni che minimizzano i costi a quelle che minimizzano la CO₂.

• Sei hub energetici collegati: ogni settore modellato come un hub distinto con i propri profili di domanda e tecnologie candidate, connesso tramite la rete termica a bassa temperatura candidata.
• Vincoli di fiume e falda freatica: ha catturato i limiti stagionali del prelievo di acqua dall’Aare e dalla falda freatica, affinché l’ottimizzazione rispetti l’uso sostenibile di entrambe le risorse.
• Sensibilità su oltre 30 scenari: ha messo alla prova il sistema ottimale contro oltre 30 scenari futuri di prezzi dell’energia e di domanda per verificare l’economicità della soluzione raccomandata.

Il sito Insel-Holligen come modellato in Sympheny: sei hub di domanda (1–6) sul sito, con l’Hub 9 che segna l’allacciamento all’Aare per il calore a bassa temperatura.

Risultato

Sympheny ha restituito un menu di soluzioni di fornitura ottimali che vanno da una progettazione che minimizza i costi a una progettazione che minimizza la CO₂, tutte sul fronte di Pareto, ciascuna delle quali è una combinazione interamente dimensionata di tecnologie di fornitura candidate più gli allacciamenti alla rete termica. Oltre al mix tecnologico, il bilancio energetico orario dell’algoritmo ha fornito ai pianificatori il dimensionamento ottimale e la collocazione fisica di ogni componente di conversione e di ogni collegamento di rete.

A ciò si è aggiunta un’analisi di sensibilità che ha testato la performance economica del sistema ottimale contro oltre 30 scenari futuri di prezzi dell’energia e di domanda. Il risultato combinato, ovvero un menu di tecnologie interamente dimensionate più un controllo di robustezza su futuri plausibili, ha permesso a ewb ed Eicher+Pauli di convergere rapidamente e con fiducia verso un concetto ottimizzato di fornitura energetica per Insel-Holligen.