Inteligentní produkce zachluzení: Příklad aplikovaných AI a digitálních dvojčat na Karlsruhe Stadtwerke

Městské podniky Karlsruhe: Inteligentní systémy pro chlazení měst

Potřeba efektivnějšího využívání energie nabývá v době klimatických změn a rostoucích cen energií na významu. To se týká nejen vytápění a dodávek elektřiny, ale i chlazení, které je nezbytné zejména v moderních, hustě osídlených městských oblastech a pro specializované aplikace, jako jsou datová centra nebo zdravotnická zařízení. Dodavatelé energie pro města, jako je Stadtwerke Karlsruhe, nesou v tomto ohledu zvláštní odpovědnost. Musí nejen zaručit bezpečnost dodávek, ale také najít inovativní způsoby, jak snížit provozní náklady a zároveň přispět k udržitelnosti. Působivým příkladem toho, jak toho lze dosáhnout, je optimalizace chlazení pro závod GartenCarée v Karlsruhe s využitím pokročilých digitálních technologií.

Jakožto městská energetická společnost s přibližně 1 100 zaměstnanci zásobuje Stadtwerke Karlsruhe spolehlivě více než 400 000 lidí v regionu základními zdroji energie, jako je elektřina, zemní plyn, dálkové vytápění a pitná voda. Součástí této široké škály odpovědností je provoz a údržba komplexních energetických systémů pro velké komplexy budov, jako je například chladicí systém pro GartenCarée. Tento komplex je multifunkční budovou, která zahrnuje byty, kancelářské prostory, lékařské ordinace, maloobchodní prodejny, restaurace a kritické datové centrum. Nepřetržitá a poptávkou řízená dodávka chlazení je nezbytná pro bezproblémový provoz všech jednotek.

Stávající chladicí systém v GartenCarée není ve své konstrukci vůbec jednoduchý. Kombinuje různé technologie, aby umožnil co nejflexibilnější a potenciálně energeticky nejúčinnější dodávku. Jeho jádrem jsou tři absorpční chladiče, které nabízejí výhodu v tom, že mohou pracovat nikoli s drahou elektřinou, ale s ekologickým dálkovým vytápěním nebo dokonce s odpadním teplem z nedaleké rafinerie. Tento systém je doplněn konvenčním kompresním chladičem se dvěma kompresory, který se používá při vysoké poptávce po chlazení nebo za specifických provozních podmínek, a také chladicí věží, která odvádí přebytečné teplo do okolí.

Navzdory zásadní možnosti flexibilně reagovat na poptávku po chlazení a venkovní teploty kombinací různých zdrojů energie čelil městský podnik energetických služeb v Karlsruhe společné výzvě: nedostatku detailní transparentnosti ohledně skutečné spotřeby energie celého systému a interakce jednotlivých komponent. Před implementací inteligentního řešení se poznatky o účinnosti v podstatě omezovaly na roční rozvahu. Zatímco na konci roku bylo možné zjistit, kolik megawatthodin chlazení bylo vyrobeno a kolik elektřiny a dálkového vytápění bylo celkem spotřebováno, nebyla možná podrobná analýza toho, která komponenta spotřebovala kolik energie v kterou dobu a zda to bylo v optimálním poměru k vyrobenému chlazení. Odpovědní pracovníci městského podniku energetických služeb tuto situaci výstižně popsali jako jakési „létání naslepo“, protože potenciál cílené optimalizace zůstal do značné míry skrytý.

Cíl projektu: Větší transparentnost a výrazné zvýšení efektivity

Jasným cílem městských dodavatelů energií v Karlsruhe proto bylo ukončit tento nedostatek transparentnosti. Chtěli nejen identifikovat potenciální úspory, ale také je aktivně a automaticky implementovat. Řešení spočívalo v implementaci automatizovaného systému řízení energetického systému. Tento systém, vyvinutý specializovanou společností Factor4Solutions, je založen na softwaru podporovaném umělou inteligencí a využívá koncept digitálního dvojčete. Zavedení tohoto systému umožnilo zásadně nový způsob řízení chladicího systému a také velmi detailní monitorování energie.

Instalace softwaru a potřebných senzorů poprvé umožnila detailně zviditelnit a změřit všechny toky energie v chladicím systému. Parametry, jako je objemový průtok chlazené a chladicí vody, teploty v různých bodech systému a přesná spotřeba energie (elektřina a dálkové vytápění) každé jednotlivé komponenty – od absorbérů přes kompresory a čerpadla až po chladicí věž – jsou nyní zaznamenávány a analyzovány v reálném čase. Tato komplexní datová základna je klíčem k optimalizaci. Software nyní dokáže průběžně analyzovat, které provozní podmínky jsou nejúspornější. Jednoduchým, ale účinným příkladem takového optimalizačního potenciálu, odhaleného transparentním sběrem dat, je řízení čerpadel. Čerpadla v chladicích systémech často běží na 100 procent objemového průtoku bez ohledu na skutečnou poptávku. Podrobná analýza však ukazuje, že v závislosti na požadovaném chladicím výkonu a stavu systému by často stačilo 60 procent nebo i méně. Ruční nebo trvalé ovládání takových jednotek vede k významné a zbytečné spotřebě elektřiny.

Často přehlíženým problémem v chladicích systémech, který se projeví až při detailní analýze, je spotřeba energie pomocných zařízení. Čerpadla, ventilátory v chladicí věži nebo jiné pomocné jednotky mohou někdy spotřebovávat podobný nebo i vyšší výkon než skutečné chladicí jednotky, zejména pokud nejsou optimálně řízeny. Navíc je v mnoha systémech optimalizace omezena na jednotlivé komponenty nebo na idealizovaný provozní stav, kterého je ve skutečnosti zřídka dosaženo – obvykle v méně než třech procentech všech provozních hodin. To má za následek značné plýtvání elektrickou energií během většiny provozní doby. Cílené zlepšení interakce všech komponent systému je právě specialitou implementovaného řešení.

Po šesti měsících: Hmatatelné úspěchy a vysoký potenciál

Inteligentní software Factor4Solutions přistupuje holisticky. Nepovažuje každou komponentu samostatně, ale celý chladicí systém jako dynamickou jednotku. Spotřeba energie všech relevantních jednotek – chladičů, čerpadel, ventilátorů atd. – se vyhodnocuje společně. To je možné díky použití digitálních dvojčat jednotlivých komponent a celého systému. Digitální dvojče je v podstatě virtuální, vysoce přesný model, který v reálném čase zrcadlí skutečný systém. Tento model umožňuje umělé inteligenci vypočítávat různé provozní scénáře a průběžně určovat, jak by jednotlivé komponenty měly ideálně spolupracovat, aby dosáhly maximální účinnosti systému.

Systém již není řízen podle rigidních, předem definovaných schémat (např. jeden konkrétní stroj vždy běží jako základní zatížení, jiný jako špičkové zatížení), ale dynamicky a na základě poptávky. Výběr a řízení jednotek je nyní založeno na aktuálních povětrnostních podmínkách (venkovní teplotě), skutečné poptávce po chladu a zjištěné účinnosti. Pomocí standardizovaných komunikačních protokolů inteligentní systém řízení systému selektivně aktivuje a reguluje výkon jednotlivých chladičů a pomocných jednotek. Výsledkem je provoz, který dosahuje nejvyšší možné účinnosti na úrovni systému v každé myslitelné situaci zatížení a za všech podmínek prostředí.

Účinnost tohoto přístupu se v městské energetické společnosti v Karlsruhe projevila krátce po dokončení zkušební fáze a plném uvedení systému do provozu. Během prvních šesti měsíců od přechodu na inteligentní řízení zaznamenala energetická společnost výrazné snížení roční spotřeby elektřiny – úsporu o více než 20 procent ve srovnání se stejným obdobím předchozího roku. Toto zvýšení efektivity se přímo odráží v provozních nákladech a již v prvních šesti měsících vedlo k pětimístným finančním úsporám.

Podle odborníků je to ale jen začátek. Prvních šest měsíců provozu s novým řídicím systémem zahrnovalo i období, kdy systém běžel částečně nebo zcela podle starých, konvenčních regulací. Plný potenciál inteligentního řešení se rozvíjí v průběhu celého ročního cyklu, protože optimální provozní režim různých chladičů (absorpční, kompresní, volné chlazení) silně závisí na ročním období, venkovní teplotě a specifické poptávce po chlazení. Výpočty společnosti Factor4Solutions, založené na počátečních provozních datech a simulacích s digitálním dvojčetem, předpovídají potenciální úspory energie přesahující 40 procent za celý provozní rok. Tento ambiciózní cíl je nyní pevně v hledáčku městské energetické společnosti v Karlsruhe.

Od lokálního po globální: Malé a střední podniky dobývají globální trh chytrými strategiemi - Obrázek: Xpert.Digital

V době, kdy digitální přítomnost společnosti určuje její úspěch, je výzvou, jak tuto přítomnost učinit autentickou, individuální a dalekosáhlou. Xpert.Digital nabízí inovativní řešení, které se staví jako průsečík mezi průmyslovým centrem, blogem a ambasadorem značky. Spojuje výhody komunikačních a prodejních kanálů v jediné platformě a umožňuje publikaci v 18 různých jazycích. Spolupráce s partnerskými portály a možnost publikování článků na Google News a tiskový distribuční seznam s cca 8 000 novináři a čtenáři maximalizují dosah a viditelnost obsahu. To představuje základní faktor v externím prodeji a marketingu (SMarketing).

Více o tom zde:

• Autentický. Jednotlivě. Globální: Strategie Xpert.Digital pro vaši společnost

100% provozní spolehlivost díky inteligentnímu monitorování

Kromě čisté energetické účinnosti a snižování nákladů je pro energetickou společnost, jako je Stadtwerke Karlsruhe, prvořadá provozní spolehlivost systému. Zejména při zásobování datového centra, kde i krátké výpadky mohou mít vážné následky, je nepřetržitá dostupnost chlazení naprosto nezbytná. Inteligentní řešení zde nabízí další klíčovou výhodu: Systém se nejen jednou nastaví a poté samostatně spravuje, ale je průběžně monitorován, testován a optimalizován na dálku poskytovatelem Factor4Solutions.

Městský podnik energetiky sice disponuje vlastními monitorovacími systémy a kvalifikovaným personálem, ale cenným doplňkem je i specializovaná podpora od expertního týmu Factor4Solutions s jejich hlubokými znalostmi v oblasti chladicí techniky a optimalizace systémů s využitím umělé inteligence. Díky nepřetržitému vzdálenému monitorování s využitím umělé inteligence dokáže systém často detekovat anomálie nebo potenciální problémy dříve, než povedou k poruše. Díky digitálnímu dvojčeti a porovnání aktuálních provozních dat s ideálním stavem modelu v reálném čase lze odchylky identifikovat včas a zákazníci mohou být proaktivně informováni o hrozících poruchách nebo nezbytných údržbářských opatřeních. To umožňuje prediktivní údržbu a zabraňuje neplánovaným prostojům. Zajištění neustálé provozní připravenosti má pro městský podnik energetiky v Karlsruhe zásadní význam, a to i kvůli jeho smluvnímu závazku dodávat chlazení, zejména do citlivého datového centra v GartenCarée.

Zavedení a integrace řešení

Z pohledu městského dodavatele energií proběhlo zavedení a implementace chytrého řešení hladce a bez komplikací. V tomto procesu byla zásadní spolupráce s externím poskytovatelem služeb, který již spravuje měřicí a regulační technologii energetického podniku.

Společně byly identifikovány a schváleny datové body potřebné pro nastavení softwaru. Společnost Factor4Solutions, která řešení spravuje na dálku ze svého berlínského pracoviště, předem jasně sdělila, které konkrétní datové body z řídicího systému závodu jsou potřeba. Patřily mezi ně například průtoky, teploty a přesné údaje z měřičů tepla a chladu.

Jakmile byla tato data poskytnuta, software byl velmi rychle nakonfigurován. Během jednoho dne byl systém v podstatě nastaven a mohl začít se sběrem dat a počáteční analýzou. Po pouhých čtyřech až šesti týdnech byla k dispozici první komplexní analýza dat z elektrárny. Na základě poznatků získaných z této analýzy mohl být systém dále doladěn. Například se ukázalo, které další datové body by byly užitečné pro ještě přesnější optimalizaci, a systém byl odpovídajícím způsobem rozšířen a kalibrován.

Tato relativně jednoduchá a rychlá integrace činí tuto technologii zásadně zajímavou pro širokou škálu aplikací a odvětví, všude tam, kde se používají složité chladicí systémy a je třeba zvýšit jejich účinnost.

Rychlá amortizace jako silný argument pro rozšíření spolupráce

Pozitivní účinky inteligentní optimalizace chlazení se pro městské podniky v Karlsruhe projevily velmi rychle a přesvědčivě. Porovnání roční spotřeby energie a výroby chladu s předchozím rokem, přestože nový řídicí systém byl plně funkční teprve šest měsíců, již ukázalo výrazné zvýšení účinnosti a měřitelné úspory energie.

Obzvláště povzbudivý je ekonomický aspekt: ​​doba amortizace systému je pozoruhodně krátká. Roční náklady na používání softwaru a průběžnou podporu od specialistů na chlazení ze společnosti Factor4Solutions jsou kompenzovány úsporami energie dosaženými během prvních pěti měsíců provozu. To znamená, že od šestého měsíce roku systém generuje čisté úspory nákladů, které převyšují počáteční náklady na systém. Tato rychlá návratnost investice (ROI) je přesvědčivým argumentem pro implementaci těchto technologií.

Vzhledem k pozitivním zkušenostem a prokázaným zvýšením efektivity není divu, že městská energetická společnost v Karlsruhe nejen zvažuje rozšíření spolupráce se společností Factor4Solutions, ale již ji zavádí. Další z chladicích systémů této energetické společnosti je nyní také řízen a optimalizován inteligentním systémem. Energetická společnost dále provozuje řadu dalších chladicích systémů různých velikostí a složitostí, které jsou potenciálně vhodné pro optimalizaci pomocí řešení s umělou inteligencí. Vzhledem k tomu, že se technologie ukázala jako flexibilní a integrovatelná prakticky do všech běžných chladicích systémů, existuje velká šance, že i v těchto systémech lze díky využití umělé inteligence a digitálních dvojčat realizovat významné analýzy, zvýšit transparentnost a dosáhnout dalšího potenciálu úspor.

Projekt v GartenCarée v Karlsruhe je úspěšným příkladem toho, jak moderní digitální technologie – zejména umělá inteligence a digitální dvojčata – mohou způsobit revoluci v energetické účinnosti v tradičně energeticky náročném odvětví, jako je chlazení. Transformací provozních zařízení na transparentní, inteligentně řízené systémy mohou dodavatelé energie nejen dosáhnout významných úspor provozních nákladů, ale také zvýšit provozní spolehlivost a zásadně přispět ke snížení spotřeby energie, a tím i k ochraně klimatu. Úspěch v karlsruheském městském podniku ukazuje, že investice do inteligentních, datově řízených optimalizačních systémů se rychle vrátí a připraví cestu k udržitelnějšímu a efektivnějšímu zásobování energií. Počáteční působivé úspory přesahující 20 procent a předpokládaný potenciál přesahující 40 procent podtrhují obrovský potenciál, který spočívá v inteligentním řízení a propojení energetických systémů.

☑️ Podpora MSP ve strategii, poradenství, plánování a implementaci

☑️ Vytvoření nebo přeladění digitální strategie a digitalizace

☑️ Rozšíření a optimalizace mezinárodních prodejních procesů

☑️ Globální a digitální obchodní platformy B2B

☑️ Pioneer Business Development

Konrad Wolfenstein

Rád posloužím jako váš osobní poradce.

Můžete mě kontaktovat vyplněním kontaktního formuláře níže nebo mi jednoduše zavolejte na číslo +49 89 89 674 804 (Mnichov) .

Těším se na náš společný projekt.

Xpert.Digital je centrum pro průmysl se zaměřením na digitalizaci, strojírenství, logistiku/intralogistiku a fotovoltaiku.

S naším 360° řešením pro rozvoj podnikání podporujeme známé společnosti od nových obchodů až po poprodejní služby.

Market intelligence, smarketing, automatizace marketingu, vývoj obsahu, PR, e-mailové kampaně, personalizovaná sociální média a péče o potenciální zákazníky jsou součástí našich digitálních nástrojů.

Více se dozvíte na: www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus