Im Rahmen des Vision of Future Energy Networks (VoFEN) Projekts am Institut für elektrische Energieübertragung und Hochspannung der ETH Zürich wurde das Multi-Energie-Portfoliomodell entwickelt. Das Modell ermöglicht, effiziente Erzeugungsportfolios für die Bereitstellung mehrerer Energieträger zu bestimmen. Die vorliegende Arbeit wendet das Multi-Energie-Portfoliomodell als Fallbeispiel auf das zukünftige Strom- und Wärmeportfolio der Stadt Zürich an. Unter der Berücksichtigung der zwei Energieszenarien ‘2000-Watt-Gesellschaft’ und ‘realistisch-ambitiös’ der Stadt Zürich werden für die Zeitpunkte 2030/40 und 2050/60 effiziente Erzeugungsportfolios berechnet. Die Optimierung der Portfolios basiert auf dem erwarteten Portfolioertrag und der Standardabweichung dieses Ertrags als Mass für das Risiko. Zusätzlich enthält das Modell Nebenbedingungen, um die spezifischen Anforderungen des Fallbeispiels berücksichtigen zu können. Mit den Nebenbedingungen wird das Strom - Wärme Verhältnis des Portfolios festgelegt, die technischen Potenziale der Erzeugungstechnologien begrenzt sowie die CO₂äq Emissionen und der Primärenergieverbrauch des Portfolios limitiert. Die Angaben zu den erwarteten Gestehungskosten für die unterschiedlichen Erzeugungstechnologien stammen aus mehreren Studien. Im Modell ist der Ertrag einer Technologie als das Inverse deren Gestehungskosten definiert. Insgesamt werden 26 verschiedene Technologien modelliert. Die Resultate zeigen, dass alle effizienten Portfolios die Wärmeerzeugungstechnologien Solarkollektoren, Wärmepumpen und Biomasse (Heizung) enthalten. Strom und Wärme erzeugt mit der Wärmekraftkopplungstechnologie Dampfturbine KVA sind Bestandteile aller effizienten Portfolios. Die Anteile der weiteren Technologien an den Portfolios sind vom Zeitpunkt, den Nebenbedingungen und dem Portfoliorisiko abhängig. Fossile Grosskraftwerke, die mit Gas oder Kohle gefeuert werden und keine CO₂ Abscheidung und Speicherung haben, kommen in keinem der modellierten zukünftigen Portfolios vor. Wie die vorliegende Arbeit aufzeigt, kann das erweiterte Multi-Energie-Portfoliomodell
als Instrument zur Ermittlung zukünftiger effizienter Erzeugungsportfolios verwendet werden.

The Multi-Energy Generation Portfolio Model has been developed within the research project Vision of Future Energy Networks (VoFEN) at the Power Systems and High Voltage Laboratories at the ETH Zurich. This model enables to ascertain efficient portfolios for the production of several energy carriers. As a case study the Multi-Energy Generation Portfolio
Model is used to determine the future electricity and heat portfolio of the city of Zurich. Efficient Portfolios are calculated considering the two energy scenarios ‘2000 Watt-Society’ and ‘realistic-ambitious’ for the dates 2030/40 and 2050/60. The optimization is based on the expected return of the portfolio and its standard deviation which is considered as a measure for the risk of holding the portfolio. Additionally the model includes constraints
which enable to account for specific demands of the case study city. The constraints define the ratio of electricity and heat produced by the portfolio and limit the technical potential of the technologies as well as the greenhouse gas emissions and the use of primary energy by the portfolio. Several studies have been considered to determine the expected production costs of the energy technologies in future. The return of a technology is defined as the inverse of its production costs. In total 26 different technologies are modelled. All calculated efficient portfolios contain the heat technologies solar collector, heat pumps, and biomass (for heating). Combined heat and power generation based on the combustion of municipal solid waste is also part of all efficient portfolios. The shares of the other technologies in the portfolio depend on the dates, the constraints, and the portfolio risk. Fossil fuel fired large-scale power plants without carbon capture and storage are not part of any modelled efficient portfolio. As shown within this work the extended Multi-Energy Generation Portfolio Model allows to model efficient energy portfolios for the future.