Machbarkeitsstudie
Zur Ermittlung der idealen Wärmespeicher- und Wärmepumpengrösse für Gebiet Wankdorf PLUS
Ausgangslage
Für das Gebiet Wankdorf PLUS soll eine vollständig erneuerbare Wärmeversorgung realisiert werden. Zentrale Bausteine dieses Energiesystems sind Wärmepumpen (Wasser/Wasser sowie Luft/Wasser) und thermische Speicher, deren Dimensionierung entscheidend für Versorgungssicherheit, Wirtschaftlichkeit und System-stabilität sind. Um fundierte Investitions- und Planungs-entscheide treffen zu können, müssen die Leistungsgrössen und Speicherkapazitäten auf realist-ische Betriebsbedingungen abgestimmt werden.
Vor diesem Hintergrund beauftragte Energie Wasser Bern (ewb) die Erstellung einer Machbarkeitsstudie zur optimalen Auslegung von Wärmepumpen und Wärmes-peichern für das Gebiet Wankdorf PLUS.
Zielsetzung
Ziel der Studie war es, jene Kombinationen aus Wärme-pumpenleistung und Speichergrösse zu identifizieren, mit denen das Gebiet Wankdorf PLUS mit 100 % erneuerbarer Wärme versorgt werden kann. Zusätzlich wurde unter-sucht, welche Auswirkungen eine geringfügige Reduktion des erneuerbaren Anteils beispielsweise auf die System-dimensionierung, die Betriebsweise und die Kosten hat. Für die weitere Planung galt es Empfehlungen abzugeben, für ein wirtschaftlich und technisch optimales Gesamt-system der Wärmeerzeugung.
Methodik
Die Untersuchung basiert auf einer detaillierten numer-ischen Simulation des Energiesystems unter Berück-sichtigung der historischen Wetterdaten der Jahre 2022 bis 2024. Daraus wird der zeitlich hochaufgelöste Wärmebedarf abgeleitet, inklusive der typischen Morgen- und Abendspitzen.
Im Simulationsmodell können bis zu vier Wärmeerzeuger gleichzeitig berücksichtigt werden, darunter maximal zwei Wärmepumpen. Für jede Wärmepumpe wird der Leistungskoeffizient (COP) dynamisch anhand der jeweiligen Quellentemperatur berechnet. Als Wärme-quellen stehen sowohl Umgebungsluft als auch Fluss-wasser zur Verfügung. Werden zwei Wärmepumpen eingesetzt, wird jeweils zuerst jene mit dem höheren COP genutzt, um den Strombedarf und die Betriebskosten zu minimieren.
Abbildung von Energiepreisen und Spitzenlasten
Die Simulation berücksichtigt dynamische Strompreise auf Basis von Spotmarktdaten. Dadurch kann der Einfluss volatiler Strompreise auf den Betrieb der Wärmepumpen und die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems realistisch abgebildet werden.
Für die Abdeckung von Spitzenlasten sind zusätzlich Biogaspreise hinterlegt, sodass auch der Einsatz von Spitzenlastkesseln in die wirtschaftliche Bewertung einbezogen wird.
Preisoptimierte Betriebsführung
Ein zentrales Element der Studie ist die kostenoptimierte Fahrweise von Wärmepumpen und Speicher. Bei tiefen Strompreisen wird der Wärmespeicher gezielt mit den Wärmepumpen geladen. Bei hohen Strompreisen wird bevorzugt Wärme aus dem Speicher genutzt; die Wärme-pumpen werden erst zugeschaltet, wenn der Speicher weitgehend entladen ist. Diese Betriebsstrategie ermög-licht es, die Betriebskosten zu reduzieren, ohne den ern-euerbaren Deckungsgrad zu beeinträchtigen.
Variantenvergleich und Ergebnis
Für unterschiedliche Kombinationen von Wärmepumpen-leistung und Speichergrösse wurden energetische Kennwerte, erneuerbarer Anteil sowie Investitions-, In-standhaltungs- und Betriebskosten berechnet und miteinander verglichen. Auf dieser Basis konnte die technisch und wirtschaftlich optimale Variante identifiziert werden.
Die Studie liefert Energie Wasser Bern eine fundierte Entscheidungsgrundlage für die weitere Planung der Wärmeerzeugung im Gebiet Wankdorf PLUS und zeigt auf, wie eine sichere, erneuerbare und wirtschaftlich optimierte Wärmeversorgung umgesetzt werden kann.
