Energie Wasser Bern ABB Fachtagung "Top of Industry" 21.06.2019 Energieproduktion und Verteilung Martin Jutzeler, CU
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Energie Wasser Bern
ABB Fachtagung "Top of Industry“ 21.06.2019
Energieproduktion und Verteilung
Martin Jutzeler, CU
1
Agenda
• Auftrag Stadt Bern an ewb
• Bedeutung der Klimaveränderung auf die Energieversorgung
• Aktuelle Energieproduktion
- Stromproduktion in Europa und der Schweiz
- Das Potential des europäischen Gasnetze
- Die lokale Wärmeproduktion
- Veränderndes Umfeld
• Strategie Entwicklung in Bern
- Richtplan Energie 2035
• Die Produktion in der EZF Energiezentrale Forsthaus
- KVA, HHW, GuD
- Saison-Speicher
2
Martin Jutzeler, Systemoptimierung
Energie Wasser Bern, ewb CU
Maschinen Ingenieur HTL, NDS Wirtschaft,
CAS EPFL GES (Gouverning Energy Transitions)
Planung, Simulationen und Optimierung von Energie-
und Infrastruktursystemen aus zentraler und
dezentraler Erzeugung und Speicherung
martin.jutzeler@ewb.ch +41 79 832 24 75
Danksagung für Quellen:
• Geothermie Schweiz • AfU Bern
• SVGW • tbf partner
• Energie Schweiz • ewb intern
• Geoenergie Suisse • weitere
Mir haute Bärn am loufe
Wir versorgen Bern mit Strom, Biogas und Erdgas,
Fernwärme, Wasser sowie Glasfaser-Internet
und fördern energieeffiziente Mobilität.
7 Tage x 24 Stunden, sicher und nachhaltig
Wir produzieren Strom und Wärme aus erneuerbaren
Energieträgern und Kehricht und bieten mass-
geschneiderte Gesamtenergielösungen aus einer Hand
Energieflüsse ewb und Stadt Bern 2017 5
Veränderung des Klimas
Temperaturabweichung vom Mittel 7
Veränderung Klima Reduktion CO2 Weltweite Betrachtung
8 K. Riahi et al. (2018). “The Shared Socio - Economic Pathways (SSPs): An Overview”,
UNFCCC ICONICS.
Veränderung Klima Reduktion Heizgradtage in der CH
9
HDDs for RCP8.5 climate scenario
Veränderung Klima Vervielfachung der Kühlgradtage in der CH 10 HDDs for RCP8.5 climate scenario
Aktuelle Situation der
Energieproduktion
veränderndes
UmfeldStromproduktion 12
Aufteilung weltweiter Stromerzeugung Juni 2015 13
Das Schweizer Höchstspannungsnetz 14
Muss die Produktion immer zentral sein ? 15
Beispiel Wind, Solar, Strommix und Handel 9.12.2018
https://www.electricitymap.org/
CH als
E-Transit
16Hauptnetz des Schweizer Erdgas- Versorgung 17
Wärmeproduktion ist lokal 18
19
Netztemperaturen Was ist die richtige End- und Netztemperatur?
SVGW-F1 SVGW-F2
Welt der Welt der Umweltwärme
Verbrennung und Wärmepumpe Kühlen
20Veränderung des Benutzerprofiles Endenergie
Welt der Verbrennung!
95% / 5%
200
~65°C
kWh
Welt der Wärmepumpe?
Bsp. Areal Holliger
40% / 60% SIA 2040 2000W
WW: 14 W/m2a
~30°C Wärme: 10 W/m2a
25 (65°C WW) WW: 910 MWh/a
kWh Wärme: 440 MWh/a
Ø Was ist die richtige Netztemperatur?
21Strategie und
Plan ewb
22Die wichtigsten Handlungsmaximen ERP 2035
20% Reduktion der Wärmemenge
70% erneuerbarer Anteil in der Wärme
80% erneuerbarer Anteil im Strom
23Energierichtplan 2035 Stadt Bern
Gas
Hochwertige-
Abwärme
24Umbau der Wärmeversorgung 25
Geplanter Ausbau Fernwärmenetz
85°C dezentral
85°C ab EZF
90-100°C ab EZF und
zusätzliche Quellen
26Zielnetz Ausbau Fernwärme Vom Jahr 2020 ins Jahr 2035
2035
2020
27Entwicklung des Wärmebedarfs nach Heizungstyp
WP-Technik
WP-Technik
Aufbau
Nahwärmeverbünde Zunehmend erneuerbare Gase
WKK
Ausbau Fernwärme diverse Quellen
28Simulation Leistungsbedarf Primärenergie
Simulationen (erneuerbarer Anteil Strom + Wärme)
90% in der
Stromversorgung
60% in der
WärmeversorgungEnergiezentrale
Forsthaus
FW-Ausbau
weitere
Produktion
31Energiezentrale Forsthaus Zeitplan
• 24. Februar 2008 Volksabstimmung Forsthaus West (88% Zustimmung)
• Juni 2008 Baubewilligung, März 2009 Baubeginn
• 15. Juni 2009 Grundsteinlegung, Dezember 2009 Beginn Bauteil
Bau
• Februar 2011 Beginn Montage Verfahrenstechnik
• Juni 2012 Erstes Feuer HHKW und GuD
• Juli 2012 Erstes Feuer KVA
• April 2013 Letzte Übernahme (HHKW)
• 2018 Baubewilligung Geospeicher – 2020 Erkundungsbohrungen
Optimierung
• 2019 Einbau Gegendruck Dampfturbine zur Effizienzsteigerung
• 2019 Start Ausbau FW - Netz West
• 20xx Wärmerückgewinnung aus dem Kamin und Hub auf
nutzbares Temperaturniveau 90°C mit WP
32
• ……Energiezentrale Forsthaus Zusammenspiel der Anlageteile
12 MW Abwärme
270 000 MWh 280 000 MWh
Strom Wärme
33Kehrichtverwertung
Technische Daten:
Ofentyp: Rostofen mit „Dackelkessel“
Thermische Leistung: 57 MW
Dampfproduktion: 70 t/h
Dampfdruck: 40 bar
Dampftemperatur: 400 °C
Feuerraumtemperatur: 1‘100 °C
34 Kehrichtmenge: 16.5 t/hHolzheizkraftwerk
Technische Daten:
Ofentyp: Stationäre Wirbelschicht
Thermische Leistung: 31 MW
Dampfproduktion: 37 t/h
Dampfdruck: 60 bar
Dampftemperatur: 485 °C
Feuerraumtemperatur: 850 °C
35 Brennstoffmenge: 11 t/hGas- und Dampf-Kombikraftwerk
Technische Daten: Abhitzekessel
Gasturbine Hersteller: Bertsch
Hersteller: Siemens Thermische Leistung: 66 MW
Typ: SGT 800 Dampfdruck: 60 bar / 3 bar
Drehzahl: 6‘600 1/min Dampftemperatur: 485 / 150 °C
Elektr. Leistung: 46 MW
Gasverbrauch: 12‘500 Nm3/h
Abgastemperatur: 540 °C
36 Wirkungsgrad GT elektr: 37 %Produzierte Menge FW total MW ab der EZF
57 MW 31 MW 66 MW 46 MW Installierte Leistung Pth
Minimal 75%
erneuerbar
37Pilotprojekt «Geospeicher» Forsthaus
Information der Öffentlichkeit (Oktober 2017) 39
Erdwärmenutzung & Saisonspeicher Wärme
Leukerbad
Schlattingen
Riehen
St. Gallen
Geospeicher
Forsthaus
Basel
40Thermische Speichersysteme
Dia 20m
Höhe 40m
41
100m x 100m x 7.5m
80m x 80m x 60m (12x5m)
~400’000m3 = 16 GWh ewb BernZusammenfassung der Erkenntnisse:
Ø Das Potential von Optimierungen und Ausbau in der FW- Versorgung ist gross.
Ø Nur durch einen kompletten restriktiven Umbau des aktuellen Gesamtsystems
können die Klimaziele erreicht werden.
Ø Mit einem Wärmenetz ist man unabhängig von der Wärmequelle.
Ø Als definierte Übergangslösung kann Gas zum Einsatz kommen. Die Unter-
stützung durch die Bevölkerung und die Politik ist leider (noch) klein.
Ø Neue Wärmenetze und Verbundlösungen können ortsgebundene, niederwertige
Abwärme- und Umweltwärme nutzen.
Ø Die Zielerreichung und Wirtschaftlichkeit
steht im Vordergrund.
Ø Der Druck der Bevölkerung zu den Klima-
zielen nimmt zu, solange die Kosten OK
sind.
42Vielen Dank
für Ihre
Aufmerksamkeit
Fragen?Energie Wasser Bern
Symposium d’ABB «Top of Industry» 21/06/2019
Production et distribution d’énergie
Martin Jutzeler, CU
1Programme
• Commande de la ville de Bern à ewb
• Importance du changement climatique pour la fourniture d'énergie
• Production d’énergie actuelle
- Production électrique en Europe et en Suisse
- Le potentiel du réseau gazier européen
- Production de chaleur locale
- Environnement changeant
• Stratégie de développement à Bern
- Plan directeur Énergie 2035
• La production dans la Centrale énergétique Forsthaus (CEF)
- KVA, HHW, GuD
- Accumulateur saisonnier
2Martin Jutzeler, Optimisation des systèmes
Energie Wasser Bern, ewb CU
Ingénieur machines HTL, NDS Wirtschaft,
CAS EPFL GES (Gouverning Energy Transitions)
Planification, simulations et optimisation des systèmes
Infrastructure et Énergie à partir de dispositifs de
production et d’accumulation d’énergie centralisés et
décentralisés
Remerciements pour les sources: martin.jutzeler@ewb.ch +41 79 832 24 75
• Geothermie Schweiz • OFEV Bern
• SVGW • tbf partner
• Suisse énergie • ewb en interne
• Geo-Energie Suisse • autreMir haute Bärn am loufe Nous alimentons Bern en électricité, biogaz, gaz naturel, chauffage de ville, eau ainsi qu’en Internet par fibre optique et promouvons une mobilité économe en énergie. 7 jours/7, 24 heures/24, durablement et en toute sécurité Nous produisons électricité et chaleur à partir de combustibles renouvelables et d’ordures et proposons des solutions énergétiques globales et sur mesure.
Flux d’énergie ewb et la ville de Bern 2017 5
Changement climatique
Écart de température par rapport à la moyenne 7
Changement climatique
Réduction de CO2 Observation au plan mondial
8 K. Riahi et al. (2018). “The Shared Socio - Economic Pathways (SSPs): An Overview”,
UNFCCC ICONICS.Changement climatique
Réduction des degrés-jours unifiés de chauffage en Suisse
9
HDDs for RCP8.5 climate scenarioChangement climatique Multiplication des degrés-jours unifiés de refroidissement en Suisse 10 HDDs for RCP8.5 climate scenario
Situation actuelle de la
production d’énergie
Mutation de
l’environnementProduction électrique 12
Répartition de la production d’électricité mondiale Juin 2015 13
Le réseau haute tension suisse 14
La production doit-elle toujours centralisée? 15
Exemples Éolien, Solaire, Mixte et Commercialisation 9/12/2018
https://www.electricitymap.org/
La Suisse
comme
pays de transit
16Réseau principal de l’alimentation en gaz naturel suisse 17
Production de chaleur locale 18
19
Températures du réseau
Quelles sont les températures finales et de réseau adaptées?
SVGW-F1 SVGW-F2
Domaine Domaine Pompe à
Combustion chaleur et Chaleur Refroidir
ambiante
20Changement du profil de l’utilisateur Énergie finale
Domaine Combustion
95% / 5%
200 k
~65°C
Wh
Domaine Pompe à chaleur?
Exemple Areal Hollige
40% / 60% SIA 2040 2000 W
WW: 14 W/m2a
~30°C Chaleur: 10 W/m2a
(65°C WW) WW: 910 MWh/a
25 k Chaleur: 440 MWh/a
Wh
Ø Quelle est la bonne température de
21 réseau?Stratégie et
Planification ewb
22Les principes d’action essentiels ERP 2035
20% Réduction du volume de chaleur
70% Part des sources renouvelables dans la production de chaleur
80% Part des sources renouvelables dans la production d’électricité
23Plan directeur Énergie 2035 Ville de Bern
Gaz
Chaleur dégagée
Haute qualité
24Transformation de l’alimentation en chaleur 25
Élargissement planifié du réseau de chauffage de ville
85°C décentralisé
85°C origine CEF
90-100°C origine CEF
et autres sources
26Élargissement du réseau de destination Chauffage de ville
De 2020 à 2035
2035
2020
27Évolution du besoin en chaleur selon le type de chauffage
Technique PC
Technique PC
Élargissement
Réseaux de Progression du gaz issus de sources
chauffage local CCC renouvelables
centralisée
Élargissement Chauffage de ville
autres sources
28Simulation Besoin de puissance Énergie primaire
Simulations (Part issue de sources renouvelables Électricité + Chaleur)
90% dans
l’alimentation
électrique
60% dans
l’alimentation en
chaleurCentrale énergétique
Élargissement CdV
autre
production
31Centrale énergétique Forsthaus Agenda
• 24 Février 2008 Votation Forsthaus Ouest (88% de votes pour)
Construction
• Juin 2008 Permis de construire, Mars 2009 Début de la construction
• 15 Juin 2009 Pose de la première pierre, Décembre 2009 Début de l’élément
• Février 2011 Début du montage du dispositif de traitement
• Juin 2012 Premier foyer HHKW et GuD
• Juillet 2012 Premier foyer KVA
• Avril 2013 Dernière réception (HHKW)
• 2018 Permis de construire Accumulateur géothermique – 2020 Forages de prospection
Optimisation
• 2019 Montage Turbine à vapeur à contre-pression pour augmentation du rendement
• 2019 Lancement Élargissement Réseau CdV Ouest
• 20xx Récupération de chaleur à partir de la cheminée et du hub à un niveau de
température utile de 90°C avec PC
32
• ……Centrale énergétique Forsthaus Interaction des composants de l'installation
12 MW Chaleurde
l’air évacué
270 000 MWh 280 000 MWh
Électricité Chaleur
33Utilisation des ordures
Caractéristiques techniques:
Type de four: Four à grille avec chaudière horizontale
Performance thermique: 57 MW
Production de vapeur: 70 t/h
Pression de la vapeur: 40 bar
Température de la vapeur: 400°C
Température de la chambre de combustion: 1 100°C
34 Volume d’ordures: 16,5 t/hCentrale à bois
Caractéristiques techniques:
Type de four: Lit fluidisé stationnaire
Performance thermique: 31 MW
Production de vapeur: 37 t/h
Pression de la vapeur: 60 bar
Température de la vapeur: 485°C
Température de la chambre de combustion: 850°C
35 Volume de combustible: 11 t/hCentrale combinée Gaz/Vapeur
Caractéristiques techniques: Chaudière de récupération
Turbine à gaz Fabricant: Bertsch
Fabricant: Siemens Performance thermique: 66 MW
Type: SGT 800 Pression de la vapeur: 60 bar/3 bar
Vitesse de rotation:6 600 tr/min Température de la vapeur: 485/150°C
Puissance électrique: 46 MW
Consommation de gaz: 12 500 Nm3/h
Température des fumées: 540°C
36 Degré d’efficacité GT électrique: 37%Volume produit CdV Total en MW à partie de la CEF
57 MW 31 MW 66 MW 46 MW Puissance installée Pth
Au moins
75% issue de
sources
renouvelable
s
37Projet pilote «Accumulateur géothermique» Forsthaus
Information du public (Octobre 2017) 39
Utilisation de l’énergie géothermique &
Accumulateur de chaleur saisonnier
Leukerbad
Schlattingen
Riehen
St. Gallen
Accumulate
ur
Bâle
géothermiqu
e
Forsthaus
40Systèmes d’accumulateur thermique
Diamètre
20 m
41 Hauteur
40 m 100 x 100 x 7,5 m
80 x 80 x 60 m (12 x 5 m)
~400 000 m3 = 16 GWh ewb BernRésumé des résultats:
Ø Le potentiel d’optimisation et d’élargissement de l’alimentation en CdV est
conséquent.
Ø Seule la transformation restrictive et complète du système complet actuel permettra
d’atteindre les objectifs climatiques.
Ø Un réseau de chauffage permet de devenir indépendant de la source de chaleur.
Ø Le gaz peut servir de solution de transition. La population et les politiques ne sont
malheureusement pas (encore) vraiment convaincus.
Ø Les nouveaux réseaux de chauffage et solutions mixtes peuvent utiliser la chaleur
locale de moindre qualité issue de l’air évacué et de l’environnement.
Ø La réalisation des objectifs et la rentabilité
sont prioritaires.
Ø Le soutien de la population vis à vis des
objectifs climatiques croît tant que les coûts
en restent raisonnables.
42Je vous remercie
de votre
attention
Avez-vous des
questions?Sie können auch lesen
