Intelligente koeling: een voorbeeld van toegepaste AI en digitale tweelingen bij de gemeentelijke nutsbedrijven van Karlsruhe

Gemeentelijke nutsbedrijven van 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 verwarming en elektriciteitsvoorziening, maar ook voor koeling, wat onmisbaar is, met name in moderne, dichtbevolkte stedelijke gebieden en voor specialistische toepassingen zoals datacenters of medische faciliteiten. 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 operationele kosten 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-locatie in Karlsruhe met behulp van geavanceerde digitale technologieën.

Als gemeentelijk nutsbedrijf met circa 1.100 medewerkers levert Stadtwerke Karlsruhe op betrouwbare wijze essentiële energiebronnen zoals elektriciteit, aardgas, stadsverwarming en drinkwater aan ruim 400.000 mensen in de regio. Een belangrijk onderdeel van deze brede verantwoordelijkheden is het beheer en onderhoud van complexe energiesystemen voor grote gebouwencomplexen, zoals het koelsysteem van de GartenCarée. Dit multifunctionele complex huisvest appartementen, kantoorruimte, medische praktijken, winkels, restaurants en een cruciaal datacenter. Een ononderbroken en vraaggestuurde koelvoorziening is essentieel voor de probleemloze werking van alle units.

Het bestaande koelsysteem van GartenCarée is allesbehalve eenvoudig van opzet. Het combineert verschillende technologieën om een ​​zo flexibel en potentieel energiezuinig mogelijke toevoer te realiseren. De kern wordt gevormd door drie absorptiekoelers, die het voordeel bieden dat ze niet op dure elektriciteit, maar op milieuvriendelijke stadsverwarming of zelfs restwarmte van een nabijgelegen raffinaderij kunnen werken. Dit systeem wordt aangevuld met een conventionele compressiekoeler met twee compressoren, die wordt gebruikt bij een hoge koelbehoefte of onder specifieke bedrijfsomstandigheden, en een koeltoren die overtollige warmte afvoert naar de omgeving.

Ondanks de fundamentele mogelijkheid om flexibel in te spelen op de koelvraag en de buitentemperatuur door verschillende energiebronnen te combineren, stond het gemeentelijke energiebedrijf van Karlsruhe voor een veelvoorkomend probleem: 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 was het inzicht in de efficiëntie in wezen beperkt tot de jaarlijkse balans. Hoewel het mogelijk was om aan het einde van het jaar vast te stellen hoeveel megawattuur koeling er was geproduceerd en hoeveel elektriciteit en stadsverwarming er in totaal was verbruikt, was een gedetailleerde analyse van welk onderdeel hoeveel energie verbruikte op welk moment en of dit in optimale verhouding stond tot de geproduceerde koeling niet mogelijk. De verantwoordelijken bij het gemeentelijke energiebedrijf omschreven deze situatie treffend als een soort "blind vliegen", omdat de mogelijkheden voor gerichte optimalisaties 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 energiebeheersysteem. Dit systeem, ontwikkeld door 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 aansturen van het koelsysteem mogelijk, evenals zeer gedetailleerde energiemonitoring.

De installatie van de software en de benodigde sensoren maakte alle energiestromen binnen het koelsysteem voor het eerst zichtbaar en meetbaar. Parameters zoals het volumestroomdebiet van het gekoelde water, de temperaturen op verschillende punten in het systeem en het exacte energieverbruik (elektriciteit en stadsverwarming) van elk afzonderlijk onderdeel – van de absorbeerders 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 economisch zijn. Een eenvoudig maar effectief voorbeeld van dit optimalisatiepotentieel, dat door transparante dataverzameling aan het licht komt, is de aansturing van pompen. Vaak draaien pompen in koelsystemen op 100 procent volumestroom, ongeacht de werkelijke vraag. Een gedetailleerde analyse toont echter aan dat, afhankelijk van de vereiste koelcapaciteit en de systeemconditie, 60 procent of zelfs minder vaak voldoende zou zijn. Handmatig of continu laten draaien van dergelijke pompen leidt tot een aanzienlijk, onnodig elektriciteitsverbruik.

Een vaak over het hoofd gezien probleem in koelsystemen, dat pas aan het licht komt bij een gedetailleerde analyse, is het energieverbruik van de hulpapparatuur. Pompen, ventilatoren in de koeltoren of andere hulpunits kunnen soms evenveel of zelfs meer energie verbruiken dan de koelunits zelf, vooral als ze niet optimaal worden aangestuurd. Bovendien is optimalisatie in veel systemen beperkt tot individuele componenten of tot een geïdealiseerde bedrijfstoestand die in de praktijk 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 veel potentie

De intelligente software van Factor4Solutions hanteert een holistische benadering. Het beschouwt niet elk onderdeel afzonderlijk, maar het gehele koelsysteem als één dynamische eenheid. Het energieverbruik van alle relevante onderdelen – koelinstallaties, 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 essentie een virtueel, zeer nauwkeurig model dat het werkelijke systeem in realtime nabootst. 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 op basis van de vraag. De selectie en aansturing van de units is nu gebaseerd op de actuele weersomstandigheden (buitentemperatuur), de werkelijke koelbehoefte en het vastgestelde rendement. Met behulp van gestandaardiseerde communicatieprotocollen activeert en regelt het intelligente systeembeheersysteem selectief het vermogen van individuele koelinstallaties en hulpunits. Het resultaat is een werking die in elke denkbare belastingssituatie en onder alle omgevingsomstandigheden het hoogst mogelijke rendement op systeemniveau behaalt.

De effectiviteit van deze aanpak werd al snel duidelijk bij het gemeentelijke energiebedrijf van Karlsruhe, kort na de afronding van de testfase en de volledige ingebruikname van het systeem. Binnen de eerste zes maanden na de overstap naar intelligente besturing realiseerde het bedrijf een aanzienlijke daling van het jaarlijkse elektriciteitsverbruik – een besparing van meer dan 20 procent ten opzichte van dezelfde periode vorig jaar. Deze efficiëntiewinst vertaalt zich direct in lagere operationele kosten en heeft binnen deze eerste zes maanden al een financiële besparing van tienduizenden euro's opgeleverd.

Maar volgens experts is dit nog maar het begin. De eerste zes maanden van de werking van het nieuwe besturingssysteem omvatten ook periodes waarin het systeem gedeeltelijk of volledig volgens de oude, conventionele besturing draaide. Het volledige potentieel van de intelligente oplossing ontvouwt zich over een complete jaarcyclus, aangezien de optimale bedrijfsmodus van de verschillende koelinstallaties (absorber, compressie, vrije koeling) sterk afhangt van het seizoen, de buitentemperatuur en de specifieke koelbehoefte. 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 is nu stevig in het vizier van het gemeentelijke energiebedrijf van Karlsruhe.

Van lokaal naar wereldwijd: MKB-bedrijven veroveren de wereldmarkt met een slimme strategie - Afbeelding: Xpert.Digital

In een tijdperk waarin de digitale aanwezigheid van een bedrijf bepalend is voor het succes ervan, ligt de uitdaging in het creëren van een authentieke, gepersonaliseerde en breed bereikbare online aanwezigheid. Xpert.Digital biedt een innovatieve oplossing die zich positioneert als het kruispunt van een brancheplatform, een blog en een merkambassadeur. Het combineert de voordelen van communicatie- en verkoopkanalen in één platform en maakt publicatie in 18 verschillende talen mogelijk. Samenwerking met partnerportals en de mogelijkheid om artikelen te publiceren op Google News, evenals een persdistributielijst met circa 8.000 journalisten en lezers, maximaliseren het bereik en de zichtbaarheid van de content. Dit is een cruciale factor in externe verkoop en marketing (SMarketing).

Meer informatie vindt u hier:

• Authentiek. Individueel. Wereldwijd: De Xpert.Digital-strategie voor uw bedrijf

100 procent operationele betrouwbaarheid dankzij intelligente monitoring

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

Hoewel het gemeentelijke nutsbedrijf beschikt over eigen monitoringsystemen en gekwalificeerd personeel, vormt de extra, gespecialiseerde ondersteuning van het expertteam van Factor4Solutions, met hun diepgaande kennis van koeltechnologie en AI-gestuurde 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 operationele gegevens 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 paraatheid is van fundamenteel belang voor het gemeentelijke nutsbedrijf van Karlsruhe, niet in de laatste plaats vanwege de contractuele verplichting tot het leveren van koeling, met name aan het gevoelige datacenter in GartenCarée.

Introductie en integratie van de oplossing

Vanuit het perspectief van het gemeentelijke 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 regeltechnologie van het nutsbedrijf beheert, was hierbij essentieel.

Gezamenlijk werden de voor de software-installatie benodigde gegevenspunten vastgesteld en goedgekeurd. Factor4Solutions, dat de oplossing op afstand beheert vanuit de vestiging in Berlijn, had vooraf duidelijk gecommuniceerd welke specifieke gegevenspunten uit het besturingssysteem van de installatie nodig waren. Het ging hierbij bijvoorbeeld om debieten, temperaturen en de precieze meetwaarden van de warmte- en koudemeters.

Zodra deze gegevens beschikbaar waren, werd de software zeer snel geconfigureerd. Binnen een dag was het systeem in principe operationeel en kon het beginnen met het verzamelen van gegevens en de eerste analyses. Na slechts vier tot zes weken was een eerste uitgebreide analyse van de fabrieksgegevens beschikbaar. Op basis van de inzichten uit deze analyse kon het systeem verder worden verfijnd. Zo werd bijvoorbeeld duidelijk welke aanvullende gegevenspunten nuttig zouden zijn voor een nog nauwkeurigere optimalisatie, en het systeem werd 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 hun efficiëntie moet worden verhoogd.

Snelle afschrijving als sterk argument voor het uitbreiden van de samenwerking

De positieve effecten van intelligente koelingsoptimalisatie werden voor de gemeentelijke nutsbedrijven van Karlsruhe al snel en overtuigend duidelijk. Een vergelijking van het jaarlijkse energieverbruik en de koelproductie met het voorgaande jaar, hoewel het nieuwe besturingssysteem pas zes maanden volledig operationeel was, toonde al een aanzienlijke efficiëntieverhoging en meetbare energiebesparingen aan.

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

Gezien de positieve ervaringen en bewezen efficiëntiewinsten is het geen verrassing dat het gemeentelijke energiebedrijf van Karlsruhe niet alleen overweegt de samenwerking met Factor4Solutions uit te breiden, maar deze ook al implementeert. Een ander koelsysteem van het bedrijf wordt nu eveneens beheerd en geoptimaliseerd door het intelligente systeem. Bovendien beheert het bedrijf een aantal andere koelsystemen van verschillende groottes en complexiteit die potentieel geschikt zijn voor optimalisatie met behulp van de AI-oplossing. Omdat de technologie flexibel is gebleken en in vrijwel alle gangbare koelsystemen kan worden geïntegreerd, is de kans groot dat ook in deze systemen significante analyses, meer transparantie en verdere besparingsmogelijkheden kunnen worden gerealiseerd door het gebruik 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 verbeteren. Door operationele installaties om te vormen tot transparante, intelligent gestuurde systemen, kunnen energieleveranciers niet alleen aanzienlijke besparingen realiseren op de operationele kosten, maar ook de operationele betrouwbaarheid verhogen en een essentiële bijdrage leveren aan de vermindering 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 zich 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 dat inherent is aan de intelligente besturing en koppeling van energiesystemen.

☑️ Ondersteuning van het MKB op het gebied van strategie, advies, planning en implementatie

☑️ Opstellen of herzien van de digitale strategie en digitalisering

☑️ Uitbreiding en optimalisatie van internationale verkoopprocessen

☑️ Wereldwijde en digitale B2B-handelsplatformen

☑️ Pionier in bedrijfsontwikkeling

Konrad Wolfenstein

Ik sta graag tot uw beschikking als uw persoonlijke adviseur.

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

Ik kijk uit naar ons gezamenlijke project.

Xpert.Digital is een platform voor de industrie, gericht op digitalisering, werktuigbouwkunde, logistiek/intralogistiek en fotovoltaïsche energie.

Met onze 360°-oplossing voor bedrijfsontwikkeling ondersteunen we gerenommeerde bedrijven van acquisitie tot aftersales.

Marktinformatie, social media marketing, marketingautomatisering, contentontwikkeling, PR, mailcampagnes, gepersonaliseerde social media en lead nurturing behoren tot onze digitale tools.

Meer informatie vindt u op: www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus