Come ETH si rifornisce di energia

Il Politecnico di Zurigo consuma quasi la stessa quantità di energia di una piccola città svizzera. Dal 2013, l'energia per il raffreddamento e il riscaldamento proviene dal terreno sotto il campus Hönggerberg. Diversi scambiatori di calore a pozzo immagazzinano il calore residuo nel terreno in estate e lo rilasciano per il riscaldamento in inverno. L'energia è trasportata da una cosiddetta rete anergica, una rete di distribuzione a bassa temperatura. Nel 2020, l'ETH di Zurigo ha ricevuto il premio Watt d'Or dall'Ufficio federale dell'energia per questo sistema. Perché questo sistema ha senso per un istituto di ricerca?

L'Hönggerberg vicino a Zurigo assomiglia presto a un formaggio Emmental. Da alcuni anni, più di 400 sonde geotermiche sporgono nelle profondità di quel luogo. Si tratta di un totale di 82 chilometri di sonde che penetrano nella montagna. Ma le montagne scavate non sono certo rare in Svizzera. E in questo caso, i pozzi forniscono energia per un'intera cittadina.

Conversione all'autosufficienza ecologica

Il campus Hönggerberg è il più grande sito del Politecnico federale di Zurigo (ETH). Circa 12.000 studenti e impiegati ricercano qui le innovazioni di domani in oltre 30 edifici, consumando 77 gigawattora di energia all'anno - tanto quanto la città di Soletta. Come istituto di ricerca leader nel campo delle energie rinnovabili, la direzione della scuola ha deciso 20 anni fa di passare all'autosufficienza ecologica.

Come fa a farlo? Con una propria rete di anergia. Il sistema dinamico di stoccaggio a terra utilizza il freddo dell'inverno e il calore dell'estate per fare da ponte tra le rispettive altre stagioni. Tre campi di sonde geotermiche immagazzinano calore e freddo in modo naturale e senza emissioni nel terreno. Un sistema di tubi collega i serbatoi di stoccaggio alle centrali energetiche, che alla fine regolano la fornitura agli edifici.

Come funziona la rete anergy

Se un'unità centrale richiede calore, questo viene fornito da un altro cluster* o da un deposito sotterraneo attraverso la rete. Se il calore residuo si accumula in un cluster che non può essere utilizzato direttamente negli edifici collegati, viene utilizzato direttamente da altri cluster o trasferito all'accumulatore sotterraneo, a seconda della modalità di funzionamento, dove è disponibile per un uso successivo.

Un'unità centrale copre i bisogni di riscaldamento e di raffreddamento di ciascuno degli edifici collegati per mezzo di pompe di calore e scambiatori di calore. La modalità di funzionamento più efficiente è il funzionamento autonomo, che non richiede la rete energetica e si verifica principalmente nel periodo di transizione. Il freddo prodotto dalle pompe di calore può poi essere utilizzato direttamente nella stessa centrale per coprire il freddo dell'aria condizionata o per preraffreddare il freddo del laboratorio. Se c'è un surplus o un deficit di calore, la rete energetica lo compensa.

Secondo Wolfgang Seifert, responsabile dell'energia all'ETH di Zurigo, la variante di rete anergica dimostra ogni giorno di più il suo valore. Anche il principio di esclusione ha giocato un ruolo nella decisione: "Quando il progetto è stato approvato nel 2006, tre varianti per il futuro approvvigionamento energetico del campus erano in discussione. Le condizioni dell'Hönggerberg, per esempio, avrebbero permesso la perforazione per l'energia geotermica profonda. Ma solo pochi giorni prima che la decisione fosse presa, la terra ha tremato a Basilea e ci sono stati danni alla proprietà - a causa della trivellazione profonda. Abbiamo quindi deciso di rinunciare a questa opzione. Sarebbe stato anche possibile collegarsi a una rete di teleriscaldamento esistente. In questo caso, però, il sistema avrebbe potuto crescere con il campus solo in misura limitata. Ecco perché alla fine abbiamo optato per la nostra rete anergica"

Anergy è efficiente, ma ha bisogno della giusta infrastruttura

In linea di principio, la fornitura di energia evita di generare nuova energia e sfrutta invece l'offerta esistente nell'area circostante. Questo fa risparmiare sulle emissioni, ma richiede anche l'infrastruttura giusta. In altre parole, edifici ad alta efficienza energetica che possono essere riscaldati con basse temperature di mandata (32°C).

Collegare gli edifici esistenti alla rete energetica è quindi una sfida. Wolfgang Seifert spiega: "L'espansione della rete energetica e il collegamento di ulteriori edifici vanno di pari passo con la continua espansione e ristrutturazione del campus. Così facendo, siamo dipendenti dalla sostanza esistente. Per esempio, abbiamo diversi edifici catalogati dal rinomato architetto Rudolf Steiner che caratterizzano l'immagine del campus. Ristrutturarli in modo che possano essere collegati alla rete energetica è un compito complesso. La torre di fisica (edificio HPP) è stata rinnovata dal 2006 al 2011 ed è ora fornita di energia. Gli altri edifici seguiranno nei prossimi anni"

L'istituto di ricerca è predestinato per Anergie

La sostanza è solo uno dei fattori, ed è per questo che il valore obiettivo per la copertura della rete Anergie è il 90 e non il 100 per cento. Il campus di Hönggerberg è un crogiolo di scienze naturali e ricerca di base - un terzo dei locali sono laboratori. Di conseguenza, la composizione della domanda di energia è unica. Secondo Wolfgang Seifert, tuttavia, questa circostanza parla ancora di più a favore di una rete anergica:

"Rispetto a un complesso residenziale o a un complesso di uffici, il campus del Politecnico di Zurigo ha un fabbisogno di raffreddamento sproporzionato. Per noi, il raffreddamento va oltre il mantenere le aule ad un piacevole 22 gradi in estate. Innumerevoli sale server, laboratori e altre strutture di ricerca devono essere raffreddate tutto l'anno. Anche la domanda di elettricità parla chiaro: circa 55 gigawattora di elettricità passano attraverso le nostre linee ogni anno. E dove scorre l'elettricità, è necessario il raffreddamento. Ma questo è un vantaggio per la rete energetica. Se i requisiti di raffreddamento e riscaldamento sono approssimativamente bilanciati, il sistema è al massimo dell'efficienza. Negli edifici residenziali o uffici convenzionali, c'è una domanda significativamente maggiore di calore che di raffreddamento.

Con cervello e cuore e anima alla massima efficienza possibile

La massima efficienza possibile del sistema è una priorità. Il monitoraggio automatico misura continuamente l'attività e l'efficienza della rete. L'esperienza acquisita durante il funzionamento viene registrata e utilizzata per ottimizzare il sistema. Un gruppo di monitoraggio di sette persone sta lavorando su questo processo dal 2012. Il team è in grado di collegare o scollegare le unità di stoccaggio, correggere i problemi di pressione e altri guasti. Il successo è confermato, tra l'altro, dall'alta efficienza delle pompe di calore, che è di 8 COP (Coefficient of Performance). Ciò significa che un chilowattora di elettricità produce otto chilowattora di calore. Nel 2020, il progetto ha vinto il premio Watt d'Or per l'energia dell'Ufficio federale dell'energia.

Wolfgang Seifert: "Il team di monitoraggio ha dato un contributo significativo a questo successo. Gli esperti di varie aree specialistiche lavorano qui con grande cura e sono coerenti e creativi nel trovare soluzioni. Lo noto in tutto il personale. Sono sempre stupito dalla passione e dall'impegno con cui i dipendenti di tutti i settori e livelli gerarchici lavorano all'ulteriore sviluppo della rete energetica. Questo è un fattore chiave del perché stiamo facendo progressi così buoni e lavorando con fiducia verso i nostri obiettivi del 2040"

_CAMPUS

• _{12.000 studenti}
  
• _{30 edifici}
  
• _{77 gigawattora di domanda di energia all'anno}
• 22 gigawattora di domanda di energia per il riscaldamento all'anno

_{La rete energetica oggi}

• _{3 campi sonda geotermici (altri 3 in progettazione)}
• _{431 sonde geotermiche (200 metri di profondità)}
• _{5 centri di energia (1 altro in pianificazione)}
• _{14 edifici collegati (2019)}
  
• _{copre l'81% del calore utile e il 78% del freddo utile degli edifici collegati oggi (2018)}
  

_Obiettivi

• _{Copertura del 90% (intera area)}
  
• _{Connessione di tutti gli edifici alla rete energetica}
• _{Riduzione di CO2 dell'80% = 8000 tonnellate all'anno entro il 2040 (anno di riferimento 2006)}

Laura Scheiderer, Polarstern