Ottimizzazione fondata sulla ricerca

Un'ottimizzazione fondata sulla ricerca per la pianificazione energetica complessa.

Il motore di ottimizzazione di Sympheny si fonda su un decennio di ricerca Empa e Settore ETH in modellazione di sistemi multienergia: ottimizzazione MILP, pianificazione di reti di teleriscaldamento, vincoli di rete, clustering e confronto di scenari a valore di decisione.

18
pubblicazioni di ricerca
10+ anni
lignaggio di ricerca Empa / ETH
10-100x
riduzione del tempo di risoluzione riportata

Le fonti comprendono riviste con revisione paritaria, archivi ETH ed Empa, set di dati aperti e applicazioni di progetto pubblicate. Le affermazioni presenti in questa pagina rimandano all'articolo, al set di dati o alle prove di caso sottostanti quando disponibili.

In sintesi

Non è un calcolatore statico.

Sympheny non è uno strato di reporting sopra fogli di calcolo. È un flusso di lavoro di ottimizzazione per i sistemi energetici multivettore, costruito attorno a metodi pubblicati per la modellazione di reti, tecnologie, accumulo ed esercizio orario in un unico processo di decisione.

Ottimizzazione multienergia

Sympheny si fonda sulla formulazione dell'hub energetico: elettricità, calore, raffrescamento, gas, idrogeno, accumulo e tecnologie di conversione sono modellati insieme anziché come calcoli scollegati.

La piattaforma può così dimensionare le tecnologie, pianificare l'esercizio e confrontare costo, CO₂ e autosufficienza su un unico modello coerente.

Pianificazione che integra la rete

La ricerca non si ferma alla scelta delle apparecchiature. Include la topologia delle reti di teleriscaldamento, le perdite termiche della rete, i vincoli di rete e le interazioni tra edifici.

È ciò che rende Sympheny operativo per quartieri, porti, campus, aziende municipalizzate e comunità energetiche multiproprietario.

Scalabilità computazionale

Metodi di clustering e di orizzonte mobile sottoposti a revisione paritaria riducono il carico computazionale dell'ottimizzazione multi-edificio sull'anno completo.

I pianificatori possono valutare molti più scenari nello stesso tempo di progetto, anziché ridurre il problema finché non entra in un foglio di calcolo.

Prove a valore di decisione

La stessa linea di ricerca è stata applicata in veri concetti energetici, roadmap su scala cittadina, siti industriali, campus e modellazioni adiacenti alle politiche pubbliche.

È ciò che trasforma la scienza in prove di pianificazione pratiche: rischio ridotto prima dell'impegno di capitali, compromessi più chiari e maggiore fiducia nell'investimento.

Affermazioni concrete

Cosa la ricerca ci consente di affermare

Queste affermazioni sono volutamente specifiche: misurabili, documentate e legate alle decisioni che i team energetici devono difendere.

Strutturato
flusso di progettazione

La progettazione per piattaforma offre ai sistemi energetici complessi un flusso di progettazione strutturato, ispirato alle industrie di ingegneria avanzata, per gestire la complessità e ridurre il rischio di progetto.

Sulzer et al., Applied Energy 2023
Pubblico
set di dati di quartiere zurighese

L'articolo sulla progettazione per piattaforma include un set di dati pubblico Modelica/Sympheny su un quartiere, che offre ai valutatori tecnici un'implementazione di riferimento concreta anziché un semplice quadro concettuale.

Set di dati GitHub del gruppo di ricerca in simulazione LBNL
10-100x
calcolo più rapido

Metodi multiscala e di orizzonte mobile pubblicati riducono i tempi di risoluzione a sufficienza da rendere praticabile l'ottimizzazione dettagliata su scala urbana.

Marquant et al., Applied Energy 2017; Procedia Computer Science 2015
40%
più rinnovabili senza estensione di rete

L'ottimizzazione dell'energia distribuita che tiene conto della rete può integrare sensibilmente più rinnovabili coordinando la progettazione e l'esercizio del sistema con i vincoli elettrici.

Morvaj et al., Applied Energy 2016
18%
riduzione delle emissioni in esercizio

L'integrazione dei vincoli di rete elettrica nei programmi di esercizio ha ridotto le emissioni nel caso test pubblicato controllando al contempo le variazioni di tensione e di intensità.

Morvaj et al., Applied Energy 2016
23%
emissioni minori a parità di costo

Un modello MILP simultaneo per il dimensionamento delle tecnologie, l'esercizio e la topologia della rete di teleriscaldamento ha mostrato che quest'ultima poteva ridurre le emissioni senza aumentare il costo del sistema nel caso studiato.

Morvaj et al., Energy 2016
Open source
lignaggio dello strumento

L'Ehub Modeling Tool ha tradotto dati grezzi di quartiere in codice di ottimizzazione eseguibile, stabilendo il modello software che sta alla base dell'attuale flusso di lavoro del prodotto.

Bollinger and Dorer, Energy Procedia 2017
5 livelli
quadro di sicurezza

La sicurezza di approvvigionamento energetico può essere quantificata come obiettivo di pianificazione, aiutando i team a valutare la resilienza anziché trattarla come un elemento qualitativo secondario.

Sulzer et al., iScience 2025
4 casi
ponte ricerca-pratica

Lavori di caso applicativo hanno mostrato che i flussi di lavoro iterativi con gli stakeholder, la decomposizione temporale, l'automazione e la visualizzazione chiara dei KPI sono essenziali per integrare l'ottimizzazione nella pratica reale di pianificazione.

Bollinger, Marquant and Sulzer, IOP Conference Series 2019
Pacchetto di validazione tecnica

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Perché è importante

Prove che sostengono le decisioni tecniche e di investimento

Fiducia tecnica

Fidatevi della struttura del modello: i metodi sottostanti sono pubblicati e sottoposti a revisione paritaria, non una logica di foglio di calcolo nascosta.

Modellate il sistema reale: tecnologie, vettori energetici, reti, accumulo ed esercizio orario interagiscono in un'unica ottimizzazione.

Esplorate più opzioni: i metodi di clustering e di orizzonte mobile rendono praticabili insiemi di scenari più ampi.

Difendete la raccomandazione: ogni scenario può essere confrontato su costo, CO₂, autosufficienza e impatto sulla rete.

Fiducia per l'investimento

Riducete il rischio di investimento prima di impegnare capitali in infrastrutture che dureranno decenni.

Quantificate i compromessi anziché scegliere troppo presto un unico concetto guidato da un fornitore.

Trovate progettazioni che migliorano simultaneamente carbonio e costo quando il sistema lo consente.

Date ai promotori interni prove che possono portare davanti ai responsabili di budget, ai consigli di amministrazione e agli stakeholder pubblici.

Ricerca chiave

Gli articoli dietro il motore di ottimizzazione

Sono gli articoli più utili per capire perché l'approccio di modellazione di Sympheny è credibile, ispezionabile e praticabile per veri lavori di pianificazione.

Platform-based design for energy systems

Matthias Sulzer, Michael Wetter, Robin Mutschler, Alberto Sangiovanni-Vincentelli | Applied Energy, 2023

progettazione strutturata hub energetico flusso di lavoro digitale

Riferimento principale per l'argomento della progettazione strutturata: i sistemi energetici richiedono flussi di lavoro digitali riutilizzabili e multistrato a causa dell'accoppiamento settoriale e delle risorse distribuite. L'articolo include un set di dati pubblico Modelica/Sympheny su un quartiere.

Optimization-based planning of local energy systems - bridging the research-practice gap

Andrew Bollinger, Julien Marquant, Matthias Sulzer | IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019

divario ricerca-pratica automazione flusso KPI

Articolo di pratica fondante della logica di prodotto Sympheny. Identifica i flussi di lavoro iterativi con gli stakeholder, la decomposizione temporale, l'automazione e la visualizzazione dei KPI come l'anello mancante tra la ricerca in ottimizzazione e l'adozione reale in pianificazione.

A holarchic approach for multi-scale distributed energy system optimisation

Julien Marquant, Andrew Bollinger, Ralph Evins, Jan Carmeliet | Applied Energy, 2017

MILP clustering multiscala

Articolo chiave sulla scalabilità per l'ottimizzazione su scala di città e di quartiere. Collega il dettaglio a livello di edificio a modelli di quartiere più ampi e riporta miglioramenti della velocità di calcolo di 10-100x con una perdita di precisione minima.

Reducing computation time with a rolling horizon approach

Julien Marquant, Ralph Evins, Jan Carmeliet | Procedia Computer Science, 2015

orizzonte mobile hub energetico tempo di risoluzione

Mostra come l'ottimizzazione della strategia di esercizio sull'anno completo possa essere risolta più rapidamente senza ricorrere unicamente a scorciatoie per periodi tipici.

Optimising urban energy systems: simultaneous system sizing, operation and district heating network layout

Boran Morvaj, Ralph Evins, Jan Carmeliet | Energy, 2016

teleriscaldamento topologia di rete CO₂/costo

Combina il dimensionamento delle tecnologie, l'esercizio orario e la topologia della rete di teleriscaldamento in un unico modello di ottimizzazione. Il caso studiato ha riscontrato una riduzione del 23% delle emissioni a parità di costo.

Optimization framework for distributed energy systems with integrated electrical grid constraints

Boran Morvaj, Ralph Evins, Jan Carmeliet | Applied Energy, 2016

vincoli di rete rinnovabili energia distribuita

Aggiunge i vincoli di rete elettrica all'ottimizzazione dei sistemi di energia distribuita, mostrando che la progettazione e l'esercizio che tengono conto della rete possono ridurre le emissioni e differire le estensioni di rete.

The Ehub Modeling Tool

Andrew Bollinger, Viktor Dorer | Energy Procedia, 2017

software automazione hub energetico

Precursore open source che mostra come descrizioni grezze di quartiere possano essere tradotte in modelli di ottimizzazione eseguibili e output interpretabili.

Advancing the thermal network representation for optimal design

Danhong Wang, Xiang Li, Julien Marquant, Jan Carmeliet, Kristina Orehounig | Frontiers in Energy Research, 2021

reti termiche validazione del modello MILP

Confronta le approssimazioni MILP di rete termica con la simulazione termico-idraulica, precisando dove l'ottimizzazione semplificata è affidabile e dove vincoli aggiuntivi migliorano la qualità della progettazione.

A call to action for building energy system modelling in the age of decarbonization

Michael Wetter, Matthias Sulzer | Journal of Building Performance Simulation, 2024

decarbonizzazione flusso di lavoro modellazione

Spiega perché i sistemi energetici decarbonizzati e digitalizzati richiedono un salto verso flussi di lavoro di modellazione, simulazione e ottimizzazione più integrati.

The energy supply security pyramid

Matthias Sulzer, Georgios Mavromatidis, Alejandro Nunez-Jimenez, Michael Wetter | iScience, 2025

sicurezza energetica resilienza politica pubblica

Trasforma la sicurezza di approvvigionamento energetico in un quadro di pianificazione quantitativo, utile per le politiche pubbliche, la resilienza e le decisioni di investimento infrastrutturale.

Dalla ricerca alle prove sul campo

La scienza è stata applicata a vere decisioni infrastrutturali

La ricerca prova che il metodo funziona; i progetti mostrano che i team possono usarlo in condizioni reali: proprietari multipli, reti, tariffe, obiettivi di carbonio, requisiti di resilienza e decisioni di capitale.

DoD ICES

Joint Base Andrews - Thermal Network, USA

Prima applicazione DoD della progettazione per piattaforma; progettazione della rete termica realizzata.

Prova sul campo per la pianificazione energetica di installazioni militari e la progettazione di reti termiche resilienti, ancorata alla stessa logica di progettazione strutturata e di hub energetico descritta da Sulzer, Wetter, Mutschler e Sangiovanni-Vincentelli.

Industrial ICES

Industrial Harbor Energy Community, Basel (IWB)

Riduzione del 20-25% dei costi energetici su un sito industriale e di servizi multistakeholder.

Analogo più prossimo dei sistemi energetici portuali, industriali e comunitari multiproprietario in cui le decisioni di governance e di infrastruttura si sovrappongono.

Commercial ICES

Net-Zero Commercial Park, Gossau, Switzerland

Riduzione del 75% della CO₂ e costo sul ciclo di vita inferiore del 20% rispetto al riferimento.

Riferimento costi-benefici solido per la pianificazione di campus commerciali e di quartieri a basse emissioni di carbonio.

Campus microgrid

Energy Self-Sufficient Campus, Birr, Switzerland

Progettazione di autosufficienza totale con PV, idrogeno, cogenerazione a biogas e batterie.

Valida la logica di isolamento dalla rete, di accumulo stagionale e di vettore idrogeno in un flusso di lavoro di pianificazione pratico.

Heat network

Nanoverbund, Basel

Una rete di condivisione termica comunitaria, operativa dal 2023/24.

Prova sul campo per l'accoppiamento termico comunitario e l'infrastruttura energetica locale condivisa.

Industrial ICES

Zurich Industrial Site Strategic Energy Plan

Riduzione del 65% della CO₂ a parità di costo sul ciclo di vita.

Dimostra una pianificazione multivettore che copre il calore di scarto, le pompe di calore, il PV, i carichi industriali e i vincoli di costo.

Industrial CCS

GEVAG Waste Incineration Plant, Trimmis (Graubünden)

Costo sul ciclo di vita di 54-65 CHF/tonnellata CO₂. Lavaggio alle ammine ottimale negli scenari ad alto prezzo dell'elettricità.

Studio di fattibilità di cattura del carbonio: flussi energetici modellati (vapore a 400 °C / 230 °C, acqua calda a 120 °C, elettricità) e confronto tra lavaggio alle ammine e ciclo al potassio caldo. Subappaltato dall'Empa.

In sintesi

Sympheny aiuta i team a prendere decisioni migliori in materia di infrastruttura energetica perché il metodo di ottimizzazione è già stato messo alla prova.

L'affermazione commerciale è semplice: scenari più credibili, un'iterazione più rapida e compromessi di investimento più chiari per i sistemi energetici complessi.