التبريد الذكي: مثال على تطبيق الذكاء الاصطناعي والتوائم الرقمية في مرافق بلدية كارلسروه

مرافق بلدية كارلسروه: أنظمة ذكية لتبريد المناطق الحضرية

تزداد أهمية ترشيد استهلاك الطاقة في ظل تغير المناخ وارتفاع تكاليفها. ولا يقتصر ذلك على التدفئة وإمدادات الكهرباء فحسب، بل يشمل أيضاً التبريد، الذي يُعدّ ضرورياً، لا سيما في المناطق الحضرية الحديثة ذات الكثافة السكانية العالية، وفي التطبيقات المتخصصة كمراكز البيانات والمرافق الطبية. ويتحمل مزودو الطاقة البلديون، مثل شركة "شتاتويرك كارلسروه"، مسؤولية خاصة في هذا الصدد. إذ لا يقتصر دورهم على ضمان أمن الإمداد، بل يتعداه إلى إيجاد طرق مبتكرة لخفض تكاليف التشغيل، مع المساهمة في الوقت نفسه في تحقيق الاستدامة. ومن الأمثلة البارزة على كيفية تحقيق ذلك، تحسين نظام التبريد في موقع "غارتن كاري" في كارلسروه باستخدام التقنيات الرقمية المتقدمة.

بصفتها شركة مرافق بلدية تضم حوالي 1100 موظف، تُزوّد ​​شركة Stadtwerke Karlsruhe أكثر من 400 ألف شخص في المنطقة بمصادر الطاقة الأساسية كالكهرباء والغاز الطبيعي والتدفئة المركزية ومياه الشرب. ويشمل نطاق مسؤولياتها الواسع تشغيل وصيانة أنظمة الطاقة المعقدة لمجمعات المباني الكبيرة، مثل نظام التبريد في مجمع GartenCarée. يُعد هذا المجمع متعدد الاستخدامات، إذ يضم شققًا ومكاتب وعيادات طبية ومتاجر ومطاعم ومركز بيانات حيوي. ويُعدّ توفير إمدادات تبريد مستمرة ومُستجيبة للطلب أمرًا بالغ الأهمية لضمان التشغيل السلس لجميع الوحدات.

لا يُعدّ نظام التبريد الحالي في غارتن كاري بسيطًا في تصميمه، فهو يجمع بين تقنيات مختلفة لتوفير إمداد مرن وفعّال من حيث استهلاك الطاقة. ويتألف النظام أساسًا من ثلاث وحدات تبريد امتصاصية، تتميز بقدرتها على العمل باستخدام التدفئة المركزية الصديقة للبيئة أو حتى الحرارة المهدرة من مصفاة نفط مجاورة، بدلًا من الكهرباء المكلفة. ويُكمّل هذا النظام وحدة تبريد ضغط تقليدية مزودة بضاغطين، تُستخدم عند ارتفاع الطلب على التبريد أو في ظروف تشغيل محددة، بالإضافة إلى برج تبريد يُبدد الحرارة الزائدة في البيئة المحيطة.

على الرغم من الإمكانية الأساسية للاستجابة بمرونة لطلب التبريد ودرجات الحرارة الخارجية من خلال دمج مصادر طاقة مختلفة، واجهت شركة المرافق البلدية في كارلسروه تحديًا مشتركًا: نقص الشفافية التفصيلية فيما يتعلق باستهلاك الطاقة الفعلي للنظام بأكمله وتفاعل مكوناته المختلفة. قبل تطبيق حل ذكي، كانت المعلومات المتعلقة بالكفاءة تقتصر أساسًا على الميزانية السنوية. فبينما كان من الممكن تحديد عدد ميغاواط/ساعة من التبريد المنتجة وكمية الكهرباء والتدفئة المركزية المستخدمة إجمالًا في نهاية العام، لم يكن من الممكن إجراء تحليل مفصل لأي مكون يستهلك أي كمية من الطاقة وفي أي وقت، وما إذا كان ذلك يتناسب بشكل أمثل مع التبريد المنتج. وقد وصف المسؤولون في شركة المرافق البلدية هذا الوضع بدقة بأنه أشبه بـ"العمل في الظلام"، حيث ظلت إمكانية إجراء تحسينات موجهة غير واضحة إلى حد كبير.

هدف المشروع: زيادة الشفافية وتحقيق مكاسب كبيرة في الكفاءة

كان الهدف الواضح لبلدية كارلسروه هو إنهاء هذا النقص في الشفافية. لم يقتصر هدفهم على تحديد فرص التوفير المحتملة فحسب، بل شمل أيضًا تطبيقها بشكل فعال وتلقائي. يكمن الحل في تطبيق نظام إدارة آلي للطاقة. يعتمد هذا النظام، الذي طورته شركة Factor4Solutions المتخصصة، على برمجيات مدعومة بالذكاء الاصطناعي، ويستفيد من مفهوم التوأم الرقمي. وقد أتاح إدخال هذا النظام طريقة جديدة كليًا للتحكم في نظام التبريد، بالإضافة إلى مراقبة دقيقة للغاية لاستهلاك الطاقة.

أتاح تثبيت البرنامج وأجهزة الاستشعار اللازمة إمكانية رؤية جميع تدفقات الطاقة داخل نظام التبريد وقياسها بدقة لأول مرة. يتم الآن تسجيل وتحليل معايير مثل معدل تدفق المياه المبردة، ودرجات الحرارة في مختلف نقاط النظام، واستهلاك الطاقة الدقيق (الكهرباء والتدفئة المركزية) لكل مكون على حدة - من الممتصات إلى الضواغط والمضخات، وصولاً إلى برج التبريد - في الوقت الفعلي. تُعد قاعدة البيانات الشاملة هذه مفتاحًا للتحسين الأمثل. يستطيع البرنامج الآن تحليل ظروف التشغيل الأكثر اقتصادية باستمرار. ومن الأمثلة البسيطة والفعالة على إمكانات التحسين هذه، والتي يكشف عنها جمع البيانات الشفاف، التحكم في المضخات. غالبًا ما تعمل المضخات في أنظمة التبريد بكامل طاقتها بغض النظر عن الطلب الفعلي. ومع ذلك، يُظهر التحليل المفصل أنه، اعتمادًا على سعة التبريد المطلوبة وحالة النظام، قد يكفي 60% أو حتى أقل. يؤدي التشغيل اليدوي أو المستمر لهذه الوحدات إلى استهلاك كبير وغير ضروري للكهرباء.

من المشاكل التي غالبًا ما يتم تجاهلها في أنظمة التبريد، والتي لا تتضح إلا من خلال تحليل دقيق، استهلاك الطاقة للمعدات المساعدة. فقد تستهلك المضخات والمراوح في برج التبريد، أو غيرها من الوحدات المساعدة، طاقة مماثلة أو حتى أكبر من وحدات التبريد نفسها، خاصةً إذا لم يتم التحكم بها على النحو الأمثل. علاوة على ذلك، في العديد من الأنظمة، يقتصر التحسين على مكونات فردية أو على حالة تشغيل مثالية نادرًا ما تتحقق في الواقع - عادةً في أقل من ثلاثة بالمائة من إجمالي ساعات التشغيل. وينتج عن ذلك هدر كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية خلال معظم وقت التشغيل. ويكمن جوهر الحل المُطبق في التحسين المُوجّه لتفاعل جميع مكونات النظام.

بعد ستة أشهر: نجاحات ملموسة وإمكانات عالية

يتبنى برنامج Factor4Solutions الذكي نهجًا شموليًا. فهو لا ينظر إلى كل مكون على حدة، بل إلى نظام التبريد بأكمله كوحدة ديناميكية. ويتم تقييم استهلاك الطاقة لجميع الوحدات ذات الصلة - المبردات، والمضخات، والمراوح، وما إلى ذلك - بشكل متكامل. ويتحقق ذلك من خلال استخدام التوائم الرقمية للمكونات الفردية والنظام بأكمله. والتوأم الرقمي هو في الأساس نموذج افتراضي عالي الدقة يحاكي النظام الحقيقي في الوقت الفعلي. ويتيح هذا النموذج للذكاء الاصطناعي حساب سيناريوهات التشغيل المختلفة وتحديد كيفية عمل المكونات الفردية معًا بشكل مثالي لتحقيق أقصى كفاءة للنظام.

لم يعد النظام يُدار وفقًا لخطط جامدة ومحددة مسبقًا (مثل تشغيل آلة معينة دائمًا كحمل أساسي، وأخرى كحمل ذروة)، بل أصبح يُدار ديناميكيًا بناءً على الطلب. ويعتمد اختيار الوحدات والتحكم بها الآن على الظروف الجوية الحالية (درجة الحرارة الخارجية)، والطلب الفعلي على التبريد، والكفاءة المُحددة. وباستخدام بروتوكولات اتصال موحدة، يقوم نظام إدارة النظام الذكي بتنشيط وتنظيم إنتاجية كل مبرد ووحدة مساعدة على حدة. والنتيجة هي تشغيل يحقق أعلى كفاءة ممكنة على مستوى النظام في جميع حالات الحمل الممكنة وتحت جميع الظروف البيئية.

تجلّت فعالية هذا النهج في شركة كارلسروه للكهرباء بعد فترة وجيزة من انتهاء المرحلة التجريبية والتشغيل الكامل للنظام. ففي غضون الأشهر الستة الأولى من التحول إلى التحكم الذكي، سجلت الشركة انخفاضًا ملحوظًا في استهلاك الكهرباء السنوي، حيث بلغ التوفير أكثر من 20% مقارنةً بالفترة نفسها من العام السابق. وينعكس هذا التحسن في الكفاءة بشكل مباشر على تكاليف التشغيل، وقد أسفر بالفعل عن وفورات مالية كبيرة خلال هذه الأشهر الستة الأولى.

لكن وفقًا للخبراء، هذه مجرد البداية. فقد شهدت الأشهر الستة الأولى من التشغيل في ظل نظام التحكم الجديد فتراتٍ عمل فيها النظام جزئيًا أو كليًا وفقًا لأنظمة التحكم التقليدية القديمة. ويتجلى كامل إمكانات هذا الحل الذكي على مدار دورة سنوية كاملة، حيث يعتمد وضع التشغيل الأمثل لمختلف المبردات (الممتص، والضاغط، والتبريد الحر) بشكل كبير على الموسم ودرجة الحرارة الخارجية واحتياجات التبريد المحددة. وتتوقع حسابات شركة Factor4Solutions، استنادًا إلى بيانات التشغيل الأولية وعمليات المحاكاة باستخدام التوأم الرقمي، توفيرًا محتملاً في الطاقة يزيد عن 40% على مدار عام تشغيل كامل. ويُعد هذا الهدف الطموح الآن هدفًا رئيسيًا لشركة المرافق البلدية في كارلسروه.

من المحلي إلى العالمي: الشركات الصغيرة والمتوسطة تغزو السوق العالمية باستراتيجية ذكية - الصورة: Xpert.Digital

في عصرٍ بات فيه الحضور الرقمي للشركات عاملاً حاسماً في نجاحها، يكمن التحدي في بناء حضورٍ أصيل وشخصي وواسع النطاق. تقدم Xpert.Digital حلاً مبتكراً يجمع بين مزايا مركز الصناعة والمدونة وسفير العلامة التجارية. فهي تدمج مزايا قنوات التواصل والمبيعات في منصة واحدة، وتتيح النشر بـ 18 لغة مختلفة. كما يساهم التعاون مع البوابات الشريكة وإمكانية نشر المقالات على أخبار جوجل وقائمة توزيع صحفية تضم حوالي 8000 صحفي وقارئ في تعزيز انتشار المحتوى وزيادة ظهوره. وهذا يُعد عاملاً بالغ الأهمية في المبيعات والتسويق الخارجيين.

للمزيد من المعلومات، انقر هنا:

• أصيلة. فردية. عالمية: استراتيجية إكسبرت ديجيتال لشركتك

موثوقية تشغيلية بنسبة 100% من خلال المراقبة الذكية

إلى جانب كفاءة الطاقة وخفض التكاليف، تُعدّ الموثوقية التشغيلية للنظام ذات أهمية قصوى لشركة مرافق مثل Stadtwerke Karlsruhe. خاصةً عند تزويد مركز بيانات، حيث يمكن أن تُؤدي حتى الانقطاعات القصيرة إلى عواقب وخيمة، فإنّ استمرارية التبريد أمرٌ بالغ الأهمية. يُقدّم هذا الحلّ الذكي ميزةً حاسمةً أخرى: فالنظام لا يُنشأ مرةً واحدةً ثم يُدار بشكلٍ مستقل، بل يُراقَب ويُختَبَر ويُحسَّن باستمرار عن بُعد من قِبَل المُزوّد، Factor4Solutions.

رغم امتلاك شركة المرافق البلدية لأنظمة مراقبة خاصة بها وكوادر مؤهلة، إلا أن الدعم المتخصص الإضافي من فريق خبراء Factor4Solutions، بخبرتهم العميقة في تكنولوجيا التبريد وتحسين الأنظمة المدعوم بالذكاء الاصطناعي، يُعد إضافة قيّمة. فمن خلال المراقبة المستمرة عن بُعد باستخدام الذكاء الاصطناعي، يستطيع النظام في كثير من الأحيان اكتشاف أي خلل أو مشكلة محتملة قبل أن تؤدي إلى عطل. وبفضل التوأم الرقمي والمقارنة الآنية لبيانات التشغيل الحالية مع الحالة المثالية للنموذج، يُمكن تحديد الانحرافات مبكرًا، وإبلاغ العملاء استباقيًا بالأعطال الوشيكة أو إجراءات الصيانة اللازمة. وهذا يُتيح الصيانة التنبؤية ويتجنب فترات التوقف غير المخطط لها. ويُعد ضمان الجاهزية التشغيلية في جميع الأوقات أمرًا بالغ الأهمية لشركة المرافق البلدية في كارلسروه، لا سيما بسبب التزامها التعاقدي بتوفير التبريد، وخاصة لمركز البيانات الحساس في غارتن كاري.

تقديم الحل ودمجه

من وجهة نظر شركة المرافق البلدية، سارت عملية إدخال وتطبيق الحل الذكي بسلاسة ودون أي تعقيدات. وكان التعاون مع مزود الخدمة الخارجي، الذي يدير بالفعل تقنية القياس والتحكم الخاصة بالشركة، أمراً أساسياً في هذه العملية.

تم تحديد نقاط البيانات المطلوبة لإعداد البرنامج واعتمادها. وقد أوضحت شركة Factor4Solutions، التي تدير الحل عن بُعد من مقرها في برلين، مسبقًا نقاط البيانات المحددة المطلوبة من نظام التحكم في المصنع. وشملت هذه البيانات، على سبيل المثال، معدلات التدفق ودرجات الحرارة والقراءات الدقيقة من عدادات الحرارة والبرودة.

بمجرد توفير هذه البيانات، تم إعداد البرنامج بسرعة فائقة. في غضون يوم واحد، تم تجهيز النظام بشكل أساسي وبدأ بجمع البيانات وإجراء التحليل الأولي. وبعد أربعة إلى ستة أسابيع فقط، توفر تحليل شامل أولي لبيانات المصنع. وبناءً على المعلومات المستقاة من هذا التحليل، أمكن تحسين النظام بشكل أكبر. على سبيل المثال، اتضح أي نقاط البيانات الإضافية ستكون مفيدة لتحقيق تحسين أكثر دقة، وتم توسيع النظام ومعايرته وفقًا لذلك.

إن هذا التكامل البسيط والسريع نسبياً يجعل هذه التقنية مثيرة للاهتمام بشكل أساسي لمجموعة واسعة من التطبيقات والصناعات، أينما يتم استخدام أنظمة التبريد المعقدة وتحتاج إلى زيادة كفاءتها.

الاستهلاك السريع كحجة قوية لتوسيع التعاون

ظهرت الآثار الإيجابية لتحسين التبريد الذكي بشكل سريع وواضح لشركات المرافق البلدية في كارلسروه. فقد أظهرت مقارنة استهلاك الطاقة السنوي وإنتاج التبريد مع العام السابق، على الرغم من أن نظام التحكم الجديد لم يكن يعمل بكامل طاقته إلا لمدة ستة أشهر، زيادة ملحوظة في الكفاءة وتوفيراً ملموساً في الطاقة.

يُعد الجانب الاقتصادي مُشجعاً للغاية، إذ تتميز فترة استرداد تكلفة النظام بقصرها الملحوظ. فالتكاليف السنوية لاستخدام البرنامج والدعم المستمر من متخصصي التبريد لدى شركة Factor4Solutions تُعوَّض بتوفير الطاقة المُتحقق خلال الأشهر الخمسة الأولى من التشغيل. وهذا يعني أنه ابتداءً من الشهر السادس من العام، يُحقق النظام وفورات صافية في التكاليف تتجاوز تكاليفه الأولية. ويُشكل هذا العائد السريع على الاستثمار حجةً قويةً لتطبيق مثل هذه التقنيات.

بالنظر إلى التجارب الإيجابية والتحسينات الملموسة في الكفاءة، فليس من المستغرب أن شركة المرافق البلدية في كارلسروه لا تفكر فقط في توسيع تعاونها مع Factor4Solutions، بل بدأت بالفعل في تطبيقه. ويجري الآن إدارة نظام تبريد آخر تابع للشركة وتحسينه بواسطة هذا النظام الذكي. علاوة على ذلك، تشغل الشركة عددًا من أنظمة التبريد الأخرى ذات الأحجام والتعقيدات المختلفة، والتي يُحتمل أن تكون مناسبة للتحسين باستخدام حلول الذكاء الاصطناعي. وبما أن هذه التقنية أثبتت مرونتها وقابليتها للتكامل مع جميع أنظمة التبريد الشائعة تقريبًا، فهناك احتمال كبير لتحقيق تحليلات مهمة، وزيادة الشفافية، وتحقيق وفورات إضافية في هذه الأنظمة أيضًا من خلال استخدام الذكاء الاصطناعي والتوائم الرقمية.

يُعدّ مشروع "غارتن كاري" في كارلسروه مثالًا ناجحًا على كيفية إحداث التقنيات الرقمية الحديثة، ولا سيما الذكاء الاصطناعي والتوائم الرقمية، ثورةً في كفاءة الطاقة في قطاعٍ كثيف الاستهلاك للطاقة كالتبريد. فمن خلال تحويل المرافق التشغيلية إلى أنظمة شفافة وذكية التحكم، لا يستطيع مُورّدو الطاقة تحقيق وفورات كبيرة في تكاليف التشغيل فحسب، بل يُمكنهم أيضًا تعزيز موثوقية التشغيل والمساهمة بشكلٍ فعّال في خفض استهلاك الطاقة، وبالتالي حماية المناخ. ويُبرهن نجاح شركة المرافق البلدية في كارلسروه على أن الاستثمارات في أنظمة التحسين الذكية القائمة على البيانات تُعوّض تكلفتها بسرعة، وتُمهّد الطريق لإمدادات طاقة أكثر استدامة وكفاءة. وتُؤكّد الوفورات الأولية المذهلة التي تجاوزت 20%، والإمكانات المُتوقّعة التي تتجاوز 40%، على الإمكانات الهائلة الكامنة في التحكم الذكي وربط أنظمة الطاقة.

☑️ دعم الشركات الصغيرة والمتوسطة في مجالات الاستراتيجية والاستشارات والتخطيط والتنفيذ

☑️ إنشاء أو إعادة تنظيم الاستراتيجية الرقمية والتحول الرقمي

☑️ توسيع وتحسين عمليات المبيعات الدولية

☑️ منصات التداول العالمية والرقمية بين الشركات

☑️ تطوير الأعمال الرائدة

Konrad Wolfenstein

يسعدني أن أكون مستشارك الشخصي.

يمكنك الاتصال بي عن طريق ملء نموذج الاتصال أدناه أو ببساطة الاتصال بي على الرقم +49 89 89 674 804 (ميونخ) .

أتطلع إلى مشروعنا المشترك.

Xpert.Digital هو مركز صناعي يركز على الرقمنة والهندسة الميكانيكية والخدمات اللوجستية/الخدمات اللوجستية الداخلية والخلايا الكهروضوئية.

بفضل حلولنا الشاملة لتطوير الأعمال، ندعم الشركات المرموقة من الأعمال الجديدة إلى خدمات ما بعد البيع.

تُعدّ معلومات السوق، والتسويق الموجه، وأتمتة التسويق، وتطوير المحتوى، والعلاقات العامة، وحملات البريد، ووسائل التواصل الاجتماعي الشخصية، ورعاية العملاء المحتملين جزءًا من أدواتنا الرقمية.

يمكنكم الاطلاع على المزيد من المعلومات على المواقع التالية: www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus