Strategia di estensione ottimale per una rete di teleriscaldamento

La sfida

Primeo Energie è uno dei maggiori operatori di reti di calore della Svizzera, gestisce oltre 220 centrali di riscaldamento per il contracting termico, il calore industriale su misura e lo sviluppo di quartieri in Svizzera e nei Paesi vicini. Nel comune di Muttenz, vicino a Basilea, Primeo voleva estendere la sua rete di teleriscaldamento esistente per allacciare più clienti, ma il sistema era già complesso: cinque nuovi hub di edifici, cinque segmenti di rete candidati e tre centrali esistenti (una centrale a scarti di legno e due caldaie a olio combustibile).

Tre elementi rendevano difficile la pianificazione. La capacità libera sulla rete esistente varia da un mese all’altro ed è insufficiente durante i mesi invernali critici, così che ogni estensione deve essere dimensionata rispetto a un vincolo mobile. Il carico aggiunto dipende dall’allacciamento dei nuovi edifici allo stato attuale o dopo il risanamento, il che cambia sia la domanda sia i ricavi. E il costo di ogni nuovo segmento di condotta dipende direttamente dalla sua lunghezza e dal suo utilizzo, il che si ripercuote a sua volta sul modo di esercitare le tre centrali. Primeo aveva bisogno di risposte affidabili sul potenziale di profitto e sul rischio economico prima di impegnarsi nello sviluppo.

Come è stato utilizzato Sympheny

Il team di Primeo e Sympheny hanno costruito un unico modello olistico del quartiere di Muttenz: cinque hub, cinque segmenti candidati, tre centrali, l’allacciamento alla rete esistente e un vincolo aggregato in equivalente CO₂ per imporre ≥80% di approvvigionamento rinnovabile. Quattro varianti di scenario sono state definite per il 2027 e il 2031, con tassi di allacciamento più basso (A) e più elevato (B), con e senza risanamento dell’involucro degli edifici nell’ambito dell’ottimizzazione. Il modello ha lavorato a risoluzione temporale oraria per tracciare quando la capacità libera della centrale a scarti di legno esistente poteva fornire il nuovo carico e quando le caldaie a olio combustibile dovevano intervenire.

• Modello orario di hub e segmenti: ha catturato la variazione mensile della capacità disponibile sulla rete esistente e lo squilibrio stagionale con la nuova domanda invernale.
• Risanamento come variabile di decisione: ha trattato il risanamento dell’involucro degli edifici come parte dell’ottimizzazione, e non come un dato fisso, facendo emergere dove migliorava il profitto malgrado vendite di calore inferiori.
• Vincolo di quota rinnovabile: ha utilizzato il tracciamento orario della produzione per imporre una quota minima dell’80% di calore rinnovabile sull’intera rete, anche in esercizio di picco invernale.

Il sito di Muttenz come modellato in Sympheny: cinque hub di edifici, tre centrali esistenti e cinque segmenti di rete candidati verso la rete di teleriscaldamento esistente.

Risultato

Tre delle quattro varianti di scenario modellate hanno prodotto piani di estensione redditizi, con i cinque segmenti di rete candidati costruiti nelle soluzioni ottimali e due di essi esercitati in modo bidirezionale. Lo scenario 2031-B(R), con un tasso di allacciamento più elevato e un risanamento ottimizzato, era il più redditizio: la simulazione ha mostrato che anche se il risanamento riduce la domanda di calore e i ricavi diretti, i risparmi sul dimensionamento della rete compensano ampiamente questa perdita.

Sul lato dell’approvvigionamento, la capacità disponibile della centrale a scarti di legno esistente copre il nuovo carico di base per la maggior parte dell’anno; in inverno, calore aggiuntivo viene acquistato dalla centrale a scarti di legno tramite un segmento bidirezionale. Le due caldaie a olio combustibile esistenti sono conservate come riserve di capacità e funzionano solo durante i picchi di domanda più elevati, appena sufficiente per superare la soglia dell’80% di rinnovabile. La sostituzione della caldaia a olio combustibile all’hub A con una caldaia a cippato di legno non si è rivelata redditizia; solo nella variante a maggiore domanda (senza risanamento) è necessaria una caldaia a legno aggiuntiva per coprire i picchi che le unità a olio combustibile esistenti non possono raggiungere. Primeo sa ora quali segmenti costruire, in quale ordine, e quale scenario è redditizio, la base dello sviluppo a tappe a Muttenz.