إنتاج البرد الذكي: مثال على الذكاء الاصطناعى والتوأم الرقمي في Karlsruhe Stadtwerke

مرافق بلدية كارلسروه: أنظمة ذكية لتبريد المناطق الحضرية

تتزايد أهمية استخدام الطاقة بكفاءة أكبر في ظل تغير المناخ وارتفاع تكاليفها. ولا يقتصر هذا على التدفئة وإمدادات الكهرباء فحسب، بل يشمل أيضًا التبريد، وهو أمر لا غنى عنه، لا سيما في المناطق الحضرية الحديثة ذات الكثافة السكانية العالية، وفي التطبيقات المتخصصة مثل مراكز البيانات أو المرافق الطبية. وتقع على عاتق موردي الطاقة في البلديات، مثل شركة شتاتفيركه كارلسروه، مسؤولية خاصة في هذا الصدد. إذ يتعين عليهم ليس فقط ضمان أمن الإمداد، بل إيجاد طرق مبتكرة لخفض تكاليف التشغيل مع المساهمة في الوقت نفسه في تحقيق الاستدامة. ومن الأمثلة الرائعة على كيفية تحقيق ذلك تحسين نظام التبريد في موقع جارتنكاريه في كارلسروه باستخدام التقنيات الرقمية المتقدمة.

بصفتها شركة مرافق بلدية، يعمل بها حوالي 1100 موظف، تُزوّد ​​شركة شتاتفيركه كارلسروه أكثر من 400 ألف شخص في المنطقة بمصادر طاقة أساسية، كالكهرباء والغاز الطبيعي والتدفئة المركزية ومياه الشرب. وتشمل مسؤولياتها الواسعة تشغيل وصيانة أنظمة الطاقة المعقدة لمجمعات المباني الكبيرة، مثل نظام التبريد في جارتن كاريه. هذا المجمع متعدد الاستخدامات، ويضم شققًا ومساحات مكتبية وعيادات طبية ومنافذ بيع بالتجزئة ومطاعم ومركز بيانات حيوي. يُعدّ توفير إمدادات تبريد مستمرة ومُدارة حسب الطلب أمرًا أساسيًا لضمان سلاسة تشغيل جميع الوحدات.

نظام التبريد الحالي في غارتن كاريه ليس بسيطًا في تصميمه، فهو يجمع بين تقنيات مختلفة لتوفير أقصى قدر من المرونة وكفاءة الطاقة. يتألف النظام من ثلاثة مبردات امتصاص، تتميز بقدرتها على العمل ليس بالكهرباء باهظة الثمن، بل بتدفئة مركزية صديقة للبيئة أو حتى بالحرارة المهدرة من مصفاة قريبة. يُكمل هذا النظام مبرد ضغط تقليدي مزود بضاغطين، يُستخدم عند ارتفاع الطلب على التبريد أو في ظروف تشغيل محددة، بالإضافة إلى برج تبريد يُبدد الحرارة الزائدة في البيئة.

على الرغم من الإمكانية الأساسية للاستجابة المرنة لطلب التبريد ودرجات الحرارة الخارجية من خلال الجمع بين مصادر طاقة مختلفة، واجهت شركة المرافق البلدية في كارلسروه تحديًا مشتركًا: غياب الشفافية التفصيلية فيما يتعلق بالاستهلاك الفعلي للطاقة للنظام بأكمله وتفاعل مكوناته الفردية. قبل تطبيق الحل الذكي، اقتصرت المعلومات المتعلقة بالكفاءة بشكل أساسي على الميزانية العمومية السنوية. وبينما كان من الممكن تحديد عدد ميغاواط/ساعة التبريد المُنتجة وكمية الكهرباء والتدفئة المركزية المُستهلكة إجمالًا في نهاية العام، إلا أنه لم يكن من الممكن إجراء تحليل مفصل لأي مكون من المكونات، وكمية الطاقة في أي وقت، وما إذا كانت هذه الكمية تتناسب بشكل مثالي مع التبريد المُنتج. وقد وصف المسؤولون في شركة المرافق البلدية هذا الوضع، ببراعة، بأنه نوع من "التغافل"، حيث ظلت إمكانية إجراء تحسينات مُستهدفة مخفية إلى حد كبير.

هدف المشروع: مزيد من الشفافية ومكاسب كبيرة في الكفاءة

لذلك، كان الهدف الواضح لمرافق بلدية كارلسروه هو إنهاء هذا النقص في الشفافية. لم يقتصروا على تحديد الوفورات المحتملة، بل سعوا أيضًا إلى تنفيذها بفعالية وتلقائية. يكمن الحل في تطبيق نظام آلي لإدارة أنظمة الطاقة. هذا النظام، الذي طورته شركة Factor4Solutions المتخصصة، يعتمد على برمجيات مدعومة بالذكاء الاصطناعي، ويستخدم مفهوم التوأم الرقمي. أتاح تطبيق هذا النظام طريقة جديدة كليًا للتحكم في نظام التبريد، بالإضافة إلى مراقبة دقيقة للطاقة.

بفضل تركيب البرنامج والمستشعرات اللازمة، أصبحت جميع تدفقات الطاقة داخل نظام التبريد مرئية وقابلة للقياس بالتفصيل لأول مرة. ويتم الآن تسجيل وتحليل معلمات مثل معدل التدفق الحجمي لمياه التبريد والتجميد، ودرجات الحرارة في مختلف نقاط النظام، والاستهلاك الدقيق للطاقة (كهرباء وتدفئة مركزية) لكل مكون على حدة - من الممتصات إلى الضواغط والمضخات، وصولاً إلى برج التبريد - آنيًا. يُعد هذا الأساس الشامل للبيانات مفتاح التحسين. يستطيع البرنامج الآن تحليل ظروف التشغيل الأكثر توفيرًا بشكل مستمر. ومن الأمثلة البسيطة والفعالة على إمكانات التحسين هذه، والتي تم الكشف عنها من خلال جمع البيانات بشفافية، التحكم في المضخات. غالبًا ما تعمل المضخات في أنظمة التبريد بنسبة تدفق حجمي 100% بغض النظر عن الطلب الفعلي. ومع ذلك، يُظهر التحليل التفصيلي أنه، اعتمادًا على سعة التبريد المطلوبة وحالة النظام، غالبًا ما يكفي 60% أو أقل. يؤدي التشغيل اليدوي أو المستمر لهذه الوحدات إلى استهلاك كبير وغير ضروري للكهرباء.

من المشكلات التي غالبًا ما تُغفل في أنظمة التبريد، والتي لا تتضح إلا من خلال التحليل الدقيق، استهلاك المعدات المساعدة للطاقة. قد تستهلك المضخات والمراوح في برج التبريد أو غيرها من الوحدات المساعدة طاقةً مساويةً أو حتى أكبر من وحدات التبريد الفعلية، خاصةً إذا لم تُتحكّم بها على النحو الأمثل. علاوةً على ذلك، في العديد من الأنظمة، يقتصر التحسين على المكونات الفردية أو على حالة تشغيل مثالية نادرًا ما تتحقق في الواقع - عادةً في أقل من 3% من إجمالي ساعات التشغيل. يؤدي هذا إلى هدر كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية خلال معظم وقت التشغيل. يكمن جوهر الحل المُطبّق في التحسين المُستهدف لتفاعل جميع مكونات النظام.

بعد ستة أشهر: نجاحات ملموسة وإمكانات عالية

يتبنى برنامج Factor4Solutions الذكي نهجًا شموليًا. فهو لا يُعنى بكل مكون على حدة، بل يُعنى بنظام التبريد بأكمله كوحدة ديناميكية. ويُقيّم استهلاك الطاقة لجميع الوحدات ذات الصلة - المبردات والمضخات والمراوح، إلخ - معًا. ويتحقق ذلك باستخدام التوائم الرقمية للمكونات الفردية والنظام بأكمله. التوائم الرقمية هي في الأساس نموذج افتراضي عالي الدقة يُحاكي النظام الحقيقي في الوقت الفعلي. يُمكّن هذا النموذج الذكاء الاصطناعي من حساب سيناريوهات التشغيل المختلفة وتحديد كيفية عمل المكونات الفردية معًا بشكل مثالي لتحقيق أقصى كفاءة للنظام.

لم يعد النظام يُدار وفقًا لخطط صارمة مُحددة مسبقًا (على سبيل المثال، تعمل آلة مُحددة دائمًا كحمل أساسي، وأخرى كحمل ذروة)، بل أصبح يُدار ديناميكيًا بناءً على الطلب. يعتمد اختيار الوحدات والتحكم فيها الآن على الظروف الجوية الحالية (درجة الحرارة الخارجية)، والطلب الفعلي على التبريد، والكفاءة المُحددة. باستخدام بروتوكولات اتصال مُوحدة، يُفعّل نظام إدارة النظام الذكي ويُنظم إنتاج المُبردات والوحدات المُساعدة بشكل انتقائي. والنتيجة هي تشغيل يُحقق أعلى كفاءة مُمكنة على مستوى النظام في جميع حالات التحميل المُمكنة وفي جميع الظروف البيئية.

تجلّت فعالية هذا النهج في شركة المرافق البلدية في كارلسروه بعد فترة وجيزة من انتهاء مرحلة الاختبار والتشغيل الكامل للنظام. خلال الأشهر الستة الأولى من التحول إلى التحكم الذكي، سجلت شركة المرافق انخفاضًا ملحوظًا في استهلاك الكهرباء السنوي، محققةً وفورات تجاوزت 20% مقارنةً بالفترة نفسها من العام السابق. ينعكس هذا التحسن في الكفاءة بشكل مباشر على تكاليف التشغيل، وقد نتج عنه بالفعل وفورات مالية بملايين الدولارات خلال هذه الأشهر الستة الأولى.

لكن، وفقًا للخبراء، هذه ليست سوى البداية. فقد شملت الأشهر الستة الأولى من التشغيل بنظام التحكم الجديد فترات عمل فيها النظام جزئيًا أو كليًا وفقًا للضوابط التقليدية القديمة. وتتجلى الإمكانات الكاملة للحل الذكي على مدار دورة سنوية كاملة، حيث يعتمد وضع التشغيل الأمثل لمختلف المبردات (الامتصاص، الضغط، التبريد الحر) بشكل كبير على الموسم، ودرجة الحرارة الخارجية، والطلب المحدد على التبريد. وتتوقع حسابات شركة Factor4Solutions، المستندة إلى بيانات التشغيل الأولية وعمليات المحاكاة باستخدام التوأم الرقمي، توفيرًا محتملًا في الطاقة يتجاوز 40% على مدار عام تشغيل كامل. ويُعد هذا الهدف الطموح الآن نصب أعين شركة المرافق البلدية في كارلسروه.

من المحلية إلى العالمية: الشركات الصغيرة والمتوسطة تغزو السوق العالمية باستراتيجيات ذكية - الصورة: Xpert.Digital

في الوقت الذي يحدد فيه التواجد الرقمي للشركة مدى نجاحها، يتمثل التحدي في كيفية جعل هذا التواجد حقيقيًا وفرديًا وبعيد المدى. تقدم Xpert.Digital حلاً مبتكرًا يضع نفسه كنقطة تقاطع بين مركز الصناعة والمدونة وسفير العلامة التجارية. فهو يجمع بين مزايا قنوات الاتصال والمبيعات في منصة واحدة ويتيح النشر بـ 18 لغة مختلفة. إن التعاون مع البوابات الشريكة وإمكانية نشر المقالات على أخبار Google وقائمة التوزيع الصحفي التي تضم حوالي 8000 صحفي وقارئ تزيد من مدى وصول المحتوى ورؤيته. ويمثل هذا عاملاً أساسيًا في المبيعات والتسويق الخارجي (SMmarketing).

المزيد عنها هنا:

• أصلي. بشكل فردي. عالمي: استراتيجية Xpert.Digital لشركتك

موثوقية تشغيلية بنسبة 100 بالمائة من خلال المراقبة الذكية

إلى جانب كفاءة الطاقة وخفض التكاليف، تُعدّ موثوقية تشغيل النظام بالغة الأهمية لشركة مرافق مثل Stadtwerke Karlsruhe. وخاصةً عند تزويد مركز بيانات بالطاقة، حيث قد تُسبب أي انقطاعات قصيرة عواقب وخيمة، فإنّ التوافر المستمر للتبريد أمرٌ بالغ الأهمية. يُقدّم هذا الحل الذكي ميزةً جوهريةً أخرى هنا: فالنظام لا يُجهّز مرةً واحدةً فقط ثم يُدار بشكلٍ مستقل، بل يخضع للمراقبة والاختبار والتحسين المستمر عن بُعد من قِبل المُزوّد، Factor4Solutions.

بينما تمتلك شركة المرافق البلدية أنظمة مراقبة خاصة بها وموظفين مؤهلين، فإن الدعم الإضافي المتخصص من فريق خبراء Factor4Solutions، بخبرتهم العميقة في تكنولوجيا التبريد وتحسين الأنظمة المدعوم بالذكاء الاصطناعي، يُمثل إضافة قيّمة. فمن خلال المراقبة المستمرة عن بُعد باستخدام الذكاء الاصطناعي، يُمكن للنظام في كثير من الأحيان اكتشاف أي تشوهات أو مشاكل محتملة قبل أن تؤدي إلى عطل. وبفضل التوأم الرقمي والمقارنة الفورية لبيانات التشغيل الحالية مع الحالة المثالية للنموذج، يُمكن تحديد الانحرافات مبكرًا، وإبلاغ العملاء بشكل استباقي بالأعطال الوشيكة أو إجراءات الصيانة اللازمة. وهذا يُمكّن من إجراء الصيانة التنبؤية ويتجنب التوقف غير المخطط له. يُعد ضمان الجاهزية التشغيلية في جميع الأوقات أمرًا بالغ الأهمية لشركة المرافق البلدية في كارلسروه، لا سيما بسبب التزامها التعاقدي بتوفير التبريد، وخاصةً لمركز البيانات الحساس في جارتن كاري.

مقدمة ودمج الحل

من وجهة نظر مرفق البلدية، سارت عملية إدخال وتطبيق الحل الذكي بسلاسة ودون أي تعقيدات. وكان التعاون مع مزود الخدمة الخارجي، الذي يُدير بالفعل تقنية القياس والتحكم الخاصة بالمرفق، أمرًا بالغ الأهمية في هذه العملية.

تم تحديد نقاط البيانات اللازمة لإعداد البرنامج والموافقة عليها. وكانت شركة Factor4Solutions، التي تُدير الحل عن بُعد من موقعها في برلين، قد أبلغت مسبقًا بوضوح عن نقاط البيانات المطلوبة من نظام التحكم في المصنع. وشملت هذه البيانات، على سبيل المثال، معدلات التدفق، ودرجات الحرارة، والقراءات الدقيقة لعدادات الحرارة والبرودة.

بمجرد توفير هذه البيانات، تم إعداد البرنامج بسرعة فائقة. في غضون يوم واحد، تم إعداد النظام بشكل أساسي، وبدأ جمع البيانات والتحليل الأولي. بعد أربعة إلى ستة أسابيع فقط، أصبح أول تحليل شامل لبيانات المصنع متاحًا. بناءً على المعلومات المُستقاة من هذا التحليل، أمكن تحسين النظام بشكل أكبر. على سبيل المثال، اتضحت نقاط البيانات الإضافية التي ستُساعد في تحسين الأداء بدقة أكبر، وتم توسيع النظام ومعايرته وفقًا لذلك.

ويجعل هذا التكامل البسيط والسريع نسبيًا هذه التقنية مثيرة للاهتمام بشكل أساسي لمجموعة واسعة من التطبيقات والصناعات، حيثما تكون أنظمة التبريد المعقدة قيد الاستخدام وتحتاج إلى زيادة كفاءتها.

الاستهلاك السريع كحجة قوية لتوسيع التعاون

ظهرت الآثار الإيجابية لتحسين التبريد الذكي بسرعة كبيرة وبشكل مقنع على مرافق بلدية كارلسروه. أظهرت مقارنة استهلاك الطاقة السنوي وإنتاج التبريد مع العام السابق، رغم أن نظام التحكم الجديد لم يعمل بكامل طاقته إلا منذ ستة أشهر، زيادة ملحوظة في الكفاءة وتوفيرًا ملحوظًا للطاقة.

من الجوانب الاقتصادية المشجعة بشكل خاص: فترة استهلاك النظام قصيرة للغاية. تُعوّض التكاليف السنوية لاستخدام البرنامج والدعم المستمر من متخصصي التبريد في Factor4Solutions بوفورات الطاقة المحققة خلال الأشهر الخمسة الأولى من التشغيل. هذا يعني أنه ابتداءً من الشهر السادس من العام، يُحقق النظام وفورات صافية في التكاليف تتجاوز تكاليفه الأولية. يُعدّ هذا العائد السريع على الاستثمار حجة قوية لتطبيق هذه التقنيات.

نظراً للتجارب الإيجابية ومكاسب الكفاءة المُثبتة، فليس من المُستغرب أن شركة المرافق البلدية في كارلسروه لا تُفكّر فقط في توسيع تعاونها مع Factor4Solutions، بل تُطبّقه بالفعل. يُدار ويُحسّن الآن نظام تبريد آخر تابع للشركة بواسطة النظام الذكي. علاوةً على ذلك، تُشغّل الشركة عددًا من أنظمة التبريد الأخرى بأحجام وتعقيدات مُختلفة، والتي يُمكن تحسينها باستخدام حلول الذكاء الاصطناعي. ونظرًا لمرونة هذه التقنية وإمكانية دمجها في جميع أنظمة التبريد الشائعة تقريبًا، فهناك فرصة كبيرة لتحقيق تحليلات فعّالة، وزيادة الشفافية، وإمكانات توفير إضافية في هذه الأنظمة أيضًا من خلال استخدام الذكاء الاصطناعي والتوائم الرقمية.

يُعدّ مشروع GartenCarée في كارلسروه مثالاً ناجحاً على كيفية إحداث التقنيات الرقمية الحديثة، وخاصةً الذكاء الاصطناعي والتوائم الرقمية، ثورةً في كفاءة الطاقة في قطاعٍ يعتمد تقليدياً على الطاقة، مثل قطاع التبريد. فمن خلال تحويل المرافق التشغيلية إلى أنظمة شفافة تُدار بذكاء، لا يستطيع موردو الطاقة تحقيق وفورات كبيرة في تكاليف التشغيل فحسب، بل يزيدون أيضاً من موثوقية التشغيل ويُسهمون إسهاماً حيوياً في خفض استهلاك الطاقة، وبالتالي حماية المناخ. ويُظهر نجاح شركة المرافق البلدية في كارلسروه أن الاستثمارات في أنظمة التحسين الذكية القائمة على البيانات تُؤتي ثمارها بسرعة، وتُمهّد الطريق لإمدادات طاقة أكثر استدامة وكفاءة. وتُبرز الوفورات الأولية المذهلة، التي تجاوزت 20%، والإمكانات المتوقعة التي تزيد عن 40%، الإمكانات الهائلة الكامنة في التحكم الذكي وربط أنظمة الطاقة بشبكاتها.

☑️ دعم الشركات الصغيرة والمتوسطة في الإستراتيجية والاستشارات والتخطيط والتنفيذ

☑️ إنشاء أو إعادة تنظيم الإستراتيجية الرقمية والرقمنة

☑️ توسيع عمليات البيع الدولية وتحسينها

☑️ منصات التداول العالمية والرقمية B2B

☑️ رائدة في تطوير الأعمال

Konrad Wolfenstein

سأكون سعيدًا بالعمل كمستشار شخصي لك.

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

إنني أتطلع إلى مشروعنا المشترك.

تعد Xpert.Digital مركزًا للصناعة مع التركيز على الرقمنة والهندسة الميكانيكية والخدمات اللوجستية/اللوجستية الداخلية والخلايا الكهروضوئية.

من خلال حل تطوير الأعمال الشامل الذي نقدمه، فإننا ندعم الشركات المعروفة بدءًا من الأعمال الجديدة وحتى خدمات ما بعد البيع.

تعد معلومات السوق والتسويق وأتمتة التسويق وتطوير المحتوى والعلاقات العامة والحملات البريدية ووسائل التواصل الاجتماعي المخصصة ورعاية العملاء المحتملين جزءًا من أدواتنا الرقمية.

يمكنك معرفة المزيد على: www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus