Intelligente koude productie: een voorbeeld van toegepaste AI en digitale tweelingen bij de Karlsruhe Stadtwerke

Gemeentelijke nutsbedrijven Karlsruhe: intelligente systemen voor stedelijke koeling

De noodzaak om energie efficiënter te gebruiken wordt steeds belangrijker in tijden van klimaatverandering en stijgende energiekosten. Dit geldt niet alleen voor de verwarming en elektriciteitsvoorziening, maar ook voor koeling, die onmisbaar is, vooral in moderne, dichtbevolkte stedelijke gebieden en voor gespecialiseerde toepassingen zoals datacenters of medische instellingen. Gemeentelijke energieleveranciers, zoals Stadtwerke Karlsruhe, dragen in dit opzicht een bijzondere verantwoordelijkheid. Zij moeten niet alleen de leveringszekerheid garanderen, maar ook innovatieve manieren vinden om de bedrijfskosten te verlagen en tegelijkertijd bij te dragen aan duurzaamheid. Een indrukwekkend voorbeeld van hoe dit kan worden bereikt, is de optimalisatie van de koeling voor de GartenCarée-vestiging in Karlsruhe met behulp van geavanceerde digitale technologieën.

Als gemeentelijk nutsbedrijf met circa 1.100 medewerkers voorziet Stadtwerke Karlsruhe ruim 400.000 mensen in de regio betrouwbaar van essentiële energiebronnen zoals elektriciteit, aardgas, stadsverwarming en drinkwater. Tot dit brede takenpakket behoort ook de exploitatie en het onderhoud van complexe energiesystemen voor grote gebouwencomplexen, zoals het koelsysteem van GartenCarée. Dit complex is een multifunctioneel gebouwencomplex met een mix van appartementen, kantoorruimtes, medische praktijken, winkels, restaurants en een kritisch datacenter. Een ononderbroken en vraaggestuurde koelvoorziening is essentieel voor de goede werking van alle units.

Het bestaande koelsysteem bij GartenCarée is bepaald niet eenvoudig van ontwerp. Het combineert verschillende technologieën om een ​​zo flexibel en potentieel energiezuinig mogelijke voorziening mogelijk te maken. De kern bestaat uit drie absorptiekoelmachines, die het voordeel bieden dat ze niet op dure elektriciteit kunnen werken, maar op milieuvriendelijke stadsverwarming of zelfs restwarmte van een nabijgelegen raffinaderij. Dit systeem wordt aangevuld met een conventionele compressiekoelmachine met twee compressoren, die wordt gebruikt bij een hoge koelvraag of onder specifieke bedrijfsomstandigheden, en een koeltoren die overtollige warmte afgeeft aan de omgeving.

Ondanks de fundamentele mogelijkheid om flexibel in te spelen op de koelvraag en buitentemperaturen door verschillende energiebronnen te combineren, stond het gemeentelijk nutsbedrijf van Karlsruhe voor een gemeenschappelijke uitdaging: een gebrek aan gedetailleerde transparantie over het werkelijke energieverbruik van het gehele systeem en de interactie tussen de afzonderlijke componenten. Vóór de implementatie van een slimme oplossing waren de inzichten in efficiëntie in wezen beperkt tot de jaarlijkse balans. Hoewel het aan het einde van het jaar mogelijk was om te bepalen hoeveel megawattuur aan koeling was geproduceerd en hoeveel elektriciteit en stadsverwarming er in totaal waren verbruikt, was een gedetailleerde analyse van welk onderdeel op welk moment hoeveel energie verbruikte en of dit in optimale verhouding stond tot de geproduceerde koeling, niet mogelijk. De verantwoordelijken bij het gemeentelijk nutsbedrijf omschreven deze situatie treffend als een soort "vliegen in het duister", omdat de mogelijkheden voor gerichte optimalisatie grotendeels verborgen bleven.

Projectdoel: Meer transparantie en aanzienlijke efficiëntiewinst

Het duidelijke doel van de gemeentelijke nutsbedrijven van Karlsruhe was dan ook om een ​​einde te maken aan dit gebrek aan transparantie. Ze wilden niet alleen potentiële besparingen identificeren, maar deze ook actief en automatisch implementeren. De oplossing lag in de implementatie van een geautomatiseerd energiesysteembeheersysteem. Dit systeem, ontwikkeld door de specialist Factor4Solutions, is gebaseerd op AI-ondersteunde software en maakt gebruik van het concept van de digitale tweeling. De introductie van dit systeem maakte een fundamenteel nieuwe manier van aansturing van de koelinstallatie en zeer gedetailleerde energiemonitoring mogelijk.

De installatie van de software en de benodigde sensoren maakte voor het eerst alle energiestromen binnen het koelsysteem gedetailleerd zichtbaar en meetbaar. Parameters zoals het volumedebiet van het gekoelde en koelwater, de temperaturen op verschillende punten in het systeem en het exacte energieverbruik (elektriciteit en stadsverwarming) van elk afzonderlijk onderdeel – van de absorbers tot de compressoren en pompen, tot aan de koeltoren – worden nu in realtime geregistreerd en geanalyseerd. Deze uitgebreide databasis is de sleutel tot optimalisatie. De software kan nu continu analyseren welke bedrijfsomstandigheden het meest zuinig zijn. Een eenvoudig maar effectief voorbeeld van dergelijk optimalisatiepotentieel, onthuld door transparante data-acquisitie, is de pompregeling. Vaak draaien pompen in koelsystemen op 100 procent volumedebiet, ongeacht de werkelijke vraag. Gedetailleerde analyse toont echter aan dat, afhankelijk van de benodigde koelcapaciteit en de systeemconditie, 60 procent of zelfs minder vaak voldoende is. Het handmatig of constant bedienen van dergelijke units leidt tot een aanzienlijk, onnodig elektriciteitsverbruik.

Een vaak over het hoofd gezien probleem in koelsystemen, dat pas duidelijk wordt door gedetailleerde analyse, is het stroomverbruik van hulpapparatuur. Pompen, ventilatoren in de koeltoren of andere hulpunits kunnen soms een vergelijkbaar of zelfs hoger stroomverbruik hebben dan de daadwerkelijke koelunits, vooral als ze niet optimaal worden aangestuurd. Bovendien beperkt de optimalisatie zich in veel systemen tot individuele componenten of tot een geïdealiseerde bedrijfstoestand die in werkelijkheid zelden wordt bereikt – doorgaans in minder dan drie procent van alle bedrijfsuren. Dit resulteert in aanzienlijke verspilling van elektrische energie gedurende het grootste deel van de bedrijfstijd. De gerichte verbetering van de interactie tussen alle systeemcomponenten is precies de specialiteit van de geïmplementeerde oplossing.

Na zes maanden: tastbare successen en hoog potentieel

De intelligente software van Factor4Solutions hanteert een holistische benadering. Het beschouwt niet elk onderdeel afzonderlijk, maar het gehele koelsysteem als een dynamische eenheid. Het energieverbruik van alle relevante units – koelmachines, pompen, ventilatoren, enz. – wordt gezamenlijk geëvalueerd. Dit wordt mogelijk gemaakt door het gebruik van digitale tweelingen van de afzonderlijke componenten en het gehele systeem. Een digitale tweeling is in wezen een virtueel, uiterst nauwkeurig model dat het werkelijke systeem in realtime weerspiegelt. Dit model stelt de AI in staat om verschillende bedrijfsscenario's te berekenen en continu te bepalen hoe de afzonderlijke componenten idealiter moeten samenwerken om maximale systeemefficiëntie te bereiken.

Het systeem wordt niet langer aangestuurd volgens rigide, vooraf gedefinieerde schema's (bijvoorbeeld één specifieke machine draait altijd als basislast, een andere als pieklast), maar dynamisch en vraaggestuurd. De selectie en aansturing van de units vindt nu plaats op basis van de actuele weersomstandigheden (buitentemperatuur), de werkelijke koelvraag en het vastgestelde rendement. Met behulp van gestandaardiseerde communicatieprotocollen activeert en regelt het intelligente systeembeheersysteem selectief het vermogen van individuele koelmachines en hulpunits. Het resultaat is een werking die in elke denkbare belastingssituatie en onder alle omgevingsomstandigheden de hoogst mogelijke efficiëntie op systeemniveau bereikt.

De effectiviteit van deze aanpak werd al snel duidelijk bij het gemeentelijke nutsbedrijf van Karlsruhe na afronding van de testfase en de volledige ingebruikname van het systeem. Binnen de eerste zes maanden na de overstap naar intelligente besturing registreerde het nutsbedrijf een aanzienlijke daling van het jaarlijkse elektriciteitsverbruik – een besparing van meer dan 20 procent ten opzichte van dezelfde periode vorig jaar. Deze efficiëntiewinst is direct terug te zien in de operationele kosten en heeft in deze eerste zes maanden al geleid tot een financiële besparing van vijf cijfers.

Maar volgens experts is dit nog maar het begin. De eerste zes maanden van de werking onder het nieuwe besturingssysteem omvatten ook periodes waarin het systeem gedeeltelijk of volledig volgens de oude, conventionele regelingen draaide. Het volledige potentieel van de intelligente oplossing ontvouwt zich over een volledige jaarcyclus, aangezien de optimale bedrijfsmodus van de verschillende koelmachines (absorber, compressie, vrije koeling) sterk afhankelijk is van het seizoen, de buitentemperatuur en de specifieke koelvraag. Berekeningen van Factor4Solutions, gebaseerd op initiële bedrijfsgegevens en simulaties met de digitale tweeling, voorspellen een potentiële energiebesparing van meer dan 40 procent over een volledig bedrijfsjaar. Deze ambitieuze doelstelling staat nu stevig in het vizier van het gemeentelijk nutsbedrijf van Karlsruhe.

Van de bars tot wereldwijde: MKB -bedrijven veroveren de wereldmarkt met een slimme strategie - afbeelding: xpert.Digital

In een tijd waarin de digitale aanwezigheid van een bedrijf beslist over het succes ervan, de uitdaging van hoe deze aanwezigheid authentiek, individueel en uitgebreid kan worden ontworpen. Xpert.Digital biedt een innovatieve oplossing die zichzelf positioneert als een kruising tussen een industriële hub, een blog en een merkambassadeur. Het combineert de voordelen van communicatie- en verkoopkanalen in één platform en maakt publicatie mogelijk in 18 verschillende talen. De samenwerking met partnerportals en de mogelijkheid om bijdragen aan Google News en een persdistributeur te publiceren met ongeveer 8.000 journalisten en lezers maximaliseren het bereik en de zichtbaarheid van de inhoud. Dit is een essentiële factor in externe verkoop en marketing (symbolen).

Meer hierover hier:

• Authentiek. Individueel. Global: de Xpert.Digital -strategie voor uw bedrijf

100 procent operationele betrouwbaarheid door intelligente monitoring

Naast pure energie-efficiëntie en kostenbesparing is de operationele betrouwbaarheid van het systeem van cruciaal belang voor een energiebedrijf als Stadtwerke Karlsruhe. Vooral bij de levering van een datacenter, waar zelfs korte uitval ernstige gevolgen kan hebben, is continue beschikbaarheid van koeling absoluut essentieel. De intelligente oplossing biedt hier nog een cruciaal voordeel: het systeem wordt niet alleen eenmalig geïnstalleerd en vervolgens onafhankelijk beheerd, maar wordt ook continu op afstand gemonitord, getest en geoptimaliseerd door de leverancier Factor4Solutions.

Hoewel het gemeentelijke nutsbedrijf over eigen monitoringsystemen en gekwalificeerd personeel beschikt, vormt de aanvullende, gespecialiseerde ondersteuning van het expertteam van Factor4Solutions, met hun diepgaande knowhow op het gebied van koeltechniek en AI-ondersteunde systeemoptimalisatie, een waardevolle aanvulling. Door continue monitoring op afstand met behulp van AI kan het systeem vaak afwijkingen of potentiële problemen detecteren voordat ze tot een storing leiden. Dankzij de digitale tweeling en de realtime vergelijking van actuele bedrijfsgegevens met de ideale toestand van het model kunnen afwijkingen vroegtijdig worden geïdentificeerd en kunnen klanten proactief worden geïnformeerd over dreigende storingen of noodzakelijke onderhoudsmaatregelen. Dit maakt voorspellend onderhoud mogelijk en voorkomt ongeplande downtime. Het te allen tijde garanderen van operationele gereedheid is van fundamenteel belang voor het gemeentelijke nutsbedrijf van Karlsruhe, niet in de laatste plaats vanwege de contractuele verplichting om koeling te leveren, met name aan het gevoelige datacenter in GartenCarée.

Introductie en integratie van de oplossing

Vanuit het perspectief van het gemeentelijk nutsbedrijf verliep de introductie en implementatie van de slimme oplossing soepel en zonder complicaties. De samenwerking met de externe dienstverlener, die al de meet- en regeltechniek van het nutsbedrijf beheert, was hierbij essentieel.

Samen werden de datapunten die nodig waren voor de software-installatie geïdentificeerd en goedgekeurd. Factor4Solutions, dat de oplossing op afstand beheert vanuit zijn locatie in Berlijn, had vooraf duidelijk gecommuniceerd welke specifieke datapunten uit het besturingssysteem van de centrale nodig waren. Dit waren bijvoorbeeld debieten, temperaturen en de precieze meetwaarden van de warmte- en koudemeters.

Nadat deze gegevens waren aangeleverd, werd de software zeer snel geconfigureerd. Binnen een dag was het systeem in principe operationeel en kon de dataverzameling en de eerste analyse beginnen. Na slechts vier tot zes weken was een eerste uitgebreide analyse van de plantgegevens beschikbaar. Op basis van de inzichten uit deze analyse kon het systeem verder worden verfijnd. Zo werd duidelijk welke aanvullende datapunten nuttig zouden zijn voor een nog nauwkeurigere optimalisatie, en werd het systeem dienovereenkomstig uitgebreid en gekalibreerd.

Deze relatief eenvoudige en snelle integratie maakt de technologie fundamenteel interessant voor een breed scala aan toepassingen en industrieën, overal waar complexe koelsystemen worden gebruikt en de efficiëntie daarvan moet worden verhoogd.

Snelle afschrijving als sterk argument voor uitbreiding van de samenwerking

De positieve effecten van intelligente koeloptimalisatie werden voor de gemeentelijke nutsbedrijven van Karlsruhe al snel en overtuigend merkbaar. Een vergelijking van het jaarlijkse energieverbruik en de koelproductie met het voorgaande jaar, ondanks het feit dat het nieuwe besturingssysteem pas zes maanden volledig operationeel was, toonde al een aanzienlijke efficiëntieverbetering en meetbare energiebesparingen.

Bijzonder bemoedigend is het economische aspect: de afschrijvingsperiode van het systeem is opmerkelijk kort. De jaarlijkse kosten voor het gebruik van de software en de voortdurende ondersteuning door de koelspecialisten van Factor4Solutions worden gecompenseerd door de energiebesparingen die in de eerste vijf maanden van gebruik worden gerealiseerd. Dit betekent dat het systeem vanaf de zesde maand van het jaar netto kostenbesparingen genereert die de initiële systeemkosten overtreffen. Deze snelle terugverdientijd (ROI) is een overtuigend argument voor de implementatie van dergelijke technologieën.

Gezien de positieve ervaringen en bewezen efficiëntieverbeteringen is het geen verrassing dat het gemeentelijke nutsbedrijf van Karlsruhe niet alleen overweegt de samenwerking met Factor4Solutions uit te breiden, maar deze ook al implementeert. Ook een ander koelsysteem van het nutsbedrijf wordt nu beheerd en geoptimaliseerd door het intelligente systeem. Daarnaast exploiteert het nutsbedrijf een aantal andere koelsystemen van verschillende groottes en complexiteit die mogelijk geschikt zijn voor optimalisatie met behulp van de AI-oplossing. Aangezien de technologie zich flexibel en integreerbaar heeft bewezen in vrijwel alle gangbare koelsystemen, is de kans groot dat ook in deze systemen significante analyses, meer transparantie en verdere besparingsmogelijkheden kunnen worden gerealiseerd door de inzet van AI en digitale tweelingen.

Het project bij GartenCarée in Karlsruhe is een succesvol voorbeeld van hoe moderne digitale technologieën – met name kunstmatige intelligentie en digitale tweelingen – de energie-efficiëntie in een traditioneel energie-intensieve sector als de koeltechniek radicaal kunnen veranderen. Door operationele installaties om te vormen tot transparante, intelligent aangestuurde systemen, kunnen energieleveranciers niet alleen aanzienlijke besparingen op de bedrijfskosten realiseren, maar ook de operationele betrouwbaarheid verhogen en een essentiële bijdrage leveren aan het verminderen van het energieverbruik en daarmee aan de bescherming van het klimaat. Het succes bij het gemeentelijke energiebedrijf van Karlsruhe toont aan dat investeringen in slimme, datagestuurde optimalisatiesystemen zichzelf snel terugverdienen en de weg vrijmaken voor een duurzamere en efficiëntere energievoorziening. De aanvankelijk indrukwekkende besparingen van meer dan 20 procent en het verwachte potentieel van meer dan 40 procent onderstrepen het enorme potentieel van de intelligente besturing en netwerkvorming van energiesystemen.

☑️ MKB -ondersteuning in strategie, advies, planning en implementatie

☑️ Creatie of herschikking van de digitale strategie en digitalisering

☑️ Uitbreiding en optimalisatie van de internationale verkoopprocessen

☑️ Wereldwijde en digitale B2B -handelsplatforms

☑️ Pioneer Business Development

Konrad Wolfenstein

Ik help u graag als een persoonlijk consultant.

U kunt contact met mij opnemen door het onderstaande contactformulier in te vullen of u gewoon bellen op +49 89 674 804 (München) .

Ik kijk uit naar ons gezamenlijke project.

Xpert.Digital is een hub voor de industrie met een focus, digitalisering, werktuigbouwkunde, logistiek/intralogistiek en fotovoltaïsche.

Met onze 360 ​​° bedrijfsontwikkelingsoplossing ondersteunen we goed bekende bedrijven, van nieuwe bedrijven tot na verkoop.

Marktinformatie, smarketing, marketingautomatisering, contentontwikkeling, PR, e -mailcampagnes, gepersonaliseerde sociale media en lead koestering maken deel uit van onze digitale tools.

U kunt meer vinden op: www.xpert.Digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus