Empa
Campus di ricerca a impatto climatico zero entro il 2030
26 edifici distribuiti su 12 hub, verso l'obiettivo di neutralità climatica 2030 dell'Empa.
Una riduzione di CO₂ del 10% già raggiunta nello stato attuale, con un ulteriore 25% modellato nello stato pianificato verso la neutralità climatica 2030.
- Cliente
- Empa
- Settore
- Campus
- Sede
- Dübendorf, Svizzera
- Tipo di progetto
- Decarbonizzazione del campus
- CO₂
- −35% verso l'obiettivo 2030
- Strumenti
- Sympheny · Ottimizzazione MILP · Modellazione di rete multi-temperatura · Confronto a tre stati
Pianificare il campus Empa di Dubendorf verso la neutralità climatica entro il 2030, mantenendo il modello utile con l'evoluzione del sito.
Creazione di un modello di campus dinamico, che copre fino a 26 edifici su 12 hub energetici, con confronto tra stato iniziale, attuale e pianificato.
Dimostrazione di una traiettoria di riduzione della CO2 del 35% e consegna di un modello che Empa può rieseguire al variare di edifici e ipotesi.
La sfida
L’Empa, il Laboratorio federale svizzero di prova dei materiali e di ricerca, si è posta un obiettivo di neutralità climatica per il suo campus principale di Dübendorf entro il 2030. Il campus è anche in crescita: nuovi edifici, estensione della rete a media temperatura e maggiore capacità di ricerca grazie alle innovazioni interne dell’Empa e dell’Eawag nella produzione di energia, nell’accumulo e nel trattamento delle acque reflue.
Il sistema energetico era già complesso prima dell’estensione. Una forte domanda di calore, freddo ed elettricità coesiste con la produzione in loco, più reti termiche e componenti di accumulo, e questa complessità aumenta man mano che il sito si sviluppa. L’Empa aveva bisogno di una visione d’insieme del sistema attuale prima di poter pianificare la tappa successiva. Due domande dovevano essere affrontate insieme: l’esercizio attuale è già ottimale per il sito, e come deve essere configurata l’estensione pianificata per raggiungere realmente l’obiettivo 2030 senza perdere il sapere istituzionale già radicato nei dati del team.
Come è stato utilizzato Sympheny
Sympheny e l’Empa hanno iniziato con un workshop congiunto per inquadrare le condizioni al contorno e passare in rassegna i dati esistenti, poi hanno costruito un unico modello di hub e reti che copre tre stati definiti: iniziale, attuale e pianificato. Il campus è stato scomposto in 12 hub con una risoluzione temporale di un’ora, con elettricità, calore a più livelli di temperatura e freddo tutti rappresentati. Ogni stato aveva il proprio insieme di tecnologie e reti: gli stati iniziale e attuale erano strettamente vincolati per riflettere ciò che è realmente installato, mentre lo stato pianificato apriva la scelta tecnologica all’algoritmo di ottimizzazione.
- Modello di rete multi-temperatura: ha catturato congiuntamente le reti ad alta temperatura, media temperatura e freddo a risoluzione oraria, affinché gli scambi bidirezionali MT potessero essere analizzati correttamente.
- Confronto a tre stati: ha modellato fianco a fianco gli stati iniziale, attuale e pianificato, in modo che la roadmap di neutralità climatica fosse ancorata a un esercizio storico verificato.
- Piano energetico vivo: ha consegnato il modello direttamente nel conto Sympheny dell’Empa, affinché il team potesse rilanciare scenari man mano che condizioni al contorno come prezzi e domanda evolvono.
I tre stati modellati in Sympheny: iniziale (22 edifici, 172 kWp PV, caldaie a gas e refrigeratori), attuale (+3 edifici, +274 kWp, più cogeneratore, pompa di calore e sonde geotermiche) e pianificato (+3 edifici aggiuntivi, +542 kWp).
Il campus di Dübendorf dell’Empa scomposto in 12 hub nel modello Sympheny, con ogni hub trattato come un sottosistema distinto nell’ottimizzazione.
Risultato
Il confronto orario dei tre stati modellati mostra che una riduzione di CO₂ del 10% è raggiungibile nello stato attuale rispetto allo stato iniziale, e una riduzione aggiuntiva del 25% nello stato pianificato, una roadmap direzionale coerente con l’obiettivo di neutralità climatica 2030. La presentazione dei modelli iniziale e attuale ha anche fatto emergere inesattezze di monitoraggio nei dati esistenti, che l’Empa ha poi potuto correggere nel modello durante un secondo passaggio.
L’analisi della rete a media temperatura, ovvero i refrigeratori a recupero di calore, il calore di scarto di processo proveniente dal raffreddamento ad alta temperatura, le fonti a bassa temperatura per la pompa di calore e l’accumulo stagionale tramite sonde geotermiche, ha validato l’integrazione della tecnologia delle sonde geotermiche nel concetto futuro. Ha anche fatto emergere potenziali di condivisione energetica tra edifici che il team non aveva potuto vedere in precedenza. Il modello dell’Empa risiede ora nel suo conto Sympheny come un «piano energetico vivo» che il team può rilanciare quando le condizioni al contorno cambiano.
La rete a media temperatura bidirezionale come analizzata in Sympheny, che fa emergere potenziali di condivisione energetica e valida l’integrazione della tecnologia delle sonde geotermiche nel concetto futuro.
Un confronto orario a tre stati (iniziale, attuale, pianificato) ha confermato una roadmap direzionale coerente con l'obiettivo di neutralità climatica 2030 dell'Empa: 10% di CO₂ già raggiungibile, 25% in più accessibile nello stato pianificato. Il modello risiede nel conto dell'Empa come un piano energetico vivo.
