SI/502297

Schlussbericht

Das Projekt SolHOOD zielt auf die Dekarbonisierung von Schweizer Quartieren ab. Es wurden intelligente Planungsmethoden entwickelt werden, die die Winterenergiel¨ucke mindern. Dies wird erstens durch eine umfassende Optimierung des Systemdesigns und zweitens durch den Einsatz von modellprädiktiver Regelung (Model Predictive Control - MPC) zur optimalen Steuerung solarintegrierter Energiesysteme erreicht. Zentral für diesen Ansatz ist die Entwicklung von ”optihood“, einem open-source, Python-basierten Framework für die ganzheitliche Energiesystemoptimierung, das dynamische 3R3C-Gebäudemodelle. Die Anwendung des Optimierungs-Frameworks auf ein Büroquartier identifizierte ein zentrales Hochtemperatur-Fernwärmenetz, hybridisiert mit solarthermischen Flachkollektoren, als das technisch-wirtschaftliche Optimum. Diese Topologie führte zu einer Reduktion der gesamten annualisierten Kosten um 18 % im Vergleich zu einer Niedertemperatur- Fernwärmelösung mit dezentralen Erdwärmepumpen. Das optimale Design basiert auf einer kleineren Dimensionierung der Wärmepumpen für den Grundlastbetrieb (>6000 Volllaststunden) und einem signifikanten thermischen Speicher (0,3–0,4 m3 pro MWh Wärmebedarf), wobei die solarthermischen Kollektoren einen spezifischen Ertrag von 500 kWh/m2a und einen solaren Deckungsgrad von 11,9 % lieferten. In einer Fallstudie eines Wohnquartiers quantifizierte die Analyse die Zielkonflikte einer tiefgreifenden Dekarbonisierung: Eine dreifache Reduktion der jährlichen THG-Emissionen erforderte eine Erhöhung der gesamten Systemkosten um 20 %, hauptsächlich um den notwendigen elektrischen Speicher (>1,5 Stunden der PV-Spitzenspeicherkapazität) und eine grösseres Solarthermie-Feld (200 m2) bereitzustellen. Während diese spezifischen numerischen Werte von den zugrunde liegenden Kostenannahmen abhängen, sind die Trends hinsichtlich Hybridisierung und Speicherdimensionierung auf ähnliche Quartierstypologien übertragbar. In Bezug auf die Betriebsführung zeigte die Implementierung einer neuen MPC-Strategie einen fundamentalen Wandel in der Netzinteraktion. Die MPCStrategie erzielte eine Reduktion der Betriebskosten um 4,2 % im Vergleich zu einer regelbasierten Steuerung. Noch bedeutender ist, dass die MPC-Strategie den Netzflexibilitätsfaktor um 33,8 % verbesserte und das Fernwärmesystem erfolgreich von einem netzbelastenden zu einem netzdienlichen Akteur transformierte, in die thermische Erzeugung von den Spitzenzeiten der Strompreise entkoppelt wurde.