Reservoir-Niedertemperatur Netztopologie für die Vermaschung von thermischen Netzen

Die zunehmende Nutzung von erneuerbaren Energien impliziert die vermehrte Erschliessung von dezentralen Energiequellen. Um diese effizient zu nutzen, braucht es Multi-Energie Systeme, welche sich wirkungsvoll in das Energiesystem Schweiz einfügen lassen. Im Strom- und Gasbereich ist diese Entwicklung auf lokaler Ebene heute weit vorangeschritten. Das Potenzial der thermischen Vernetzung wird aber heute noch nicht genügend ausgeschöpft. In dieser Arbeit wird eine weitere Netztopologie für Niedertemperaturnetze (NTN) vorgestellt: Das Reservoir-Niedertemperatur Netz (RNTN). Diese Topologie nutzt die Vorteile des Konzepts von «Einrohrheizungen», um die Bezüger in NTN hydraulisch zu entkoppeln und das Netz dadurch hydraulisch einfach regelbar und erweiterbar zu machen. Im Gegensatz zu klassischen Fernwärmenetzen mit Vor- und Rücklauf bzw. Niedertemperaturnetzen mit Warm- und Kaltleiter verwendet das RNTN einen einzigen Leiter, in dem das Fluid in einem Areal, Quartier oder sogar in einer Region zirkuliert und als «Reservoir» von Umweltenergie bzw. Abwärme angesehen werden kann. Die Hauptvorteile dieser Topologie sind die hohe Flexibilität der Einbindung von Bezügern und Quellen sowie die fast beliebige Erweiterbarkeit mittels Maschen. Um die thermischen und hydraulischen Eigenschaften des RNTN aufzuzeigen, wird ein Vergleich mit zwei heute typischen NTN Topologien vorgenommen; dem 2-Leiter System mit zentraler Pumpe (ähnlich Strahlennetz) und dem 2-Leiter System mit dezentralen Pumpen. Zur besseren Vergleichbarkeit werden alle drei Systeme; das zentrale Netz, das dezentrale Netz und das RNTN in der Ringkonfiguration betrieben. Bei den angewendeten Beurteilungen werden die zwei Fälle (i) reiner Heizbedarf (Winter) und (ii) gleich grosser Heiz- wie Kühlbedarf (Sommer) in einer vereinfachten Netzkonfiguration mit vier Bezügern und einer Quelle betrachtet. Im reinen Heizfall weist das RNTN eine um 4 % grössere elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpen und Förderpumpen auf als das zentrale und das dezentrale Netz. Bei simultanem Heizen und Kühlen ist die elektrische Leistung im RNTN um 16 % geringer als das zentrale Netz und ähnlich dem dezentralen Netz. In der Jahresbilanz mit grossem Heizbedarf im Winter und simultanem, aber geringerem Heiz- und Kühlbedarf im Sommer, ist davon auszugehen, dass sich die Energiebilanzen der unterschiedlichen Topologien nur um wenige Prozent unterscheiden. Dies bedeutet, dass die Flexibilität in der Einbindung neuer Bezüger und Energiequellen sowie die Erweiterung durch Vermaschung für die Entscheidungswahl an Bedeutung gewinnen.