Primeo Energie
Strategia di estensione ottimale per una rete di teleriscaldamento
Estensione redditizia del teleriscaldamento a 74 edifici, con oltre l'80% di approvvigionamento rinnovabile.
Cinque segmenti di rete candidati, tre centrali, quattro scenari, e tre scenari su quattro redditizi con la soglia dell'80% di rinnovabile superata.
- Cliente
- Primeo Energie
- Settore
- Distributore di energia
- Sede
- Muttenz, Svizzera
- Tipo di progetto
- Ampliamento della rete di teleriscaldamento
- Rinnovabile
- 80%+ di approvvigionamento di calore rinnovabile
- Strumenti
- Sympheny · Ottimizzazione MILP · Modello orario di hub e segmenti · Risanamento come variabile di decisione
Determine which district heating network expansion scenarios in Muttenz were profitable while exceeding an 80% renewable heat target.
Optimised all candidate network segments, plant operation, renovation assumptions, and four connection scenarios together.
Confirmed three of four scenarios as profitable and showed all five network segments belonged in the optimal design.
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.
Tre scenari su quattro hanno prodotto piani di estensione redditizi, con i cinque segmenti di rete candidati costruiti e due esercitati in modo bidirezionale. Lo scenario 2031-B(R), con un tasso di allacciamento più elevato e un risanamento ottimizzato, era il più redditizio.