Inteligentne chłodzenie: przykład zastosowania sztucznej inteligencji i cyfrowych bliźniaków w przedsiębiorstwach komunalnych w Karlsruhe

Zakłady Miejskie w Karlsruhe: Inteligentne systemy chłodzenia miejskiego

Potrzeba bardziej efektywnego wykorzystania energii nabiera coraz większego znaczenia w dobie zmian klimatycznych i rosnących kosztów energii. Dotyczy to nie tylko ogrzewania i dostaw energii elektrycznej, ale także chłodzenia, które jest niezbędne, zwłaszcza w nowoczesnych, gęsto zaludnionych obszarach miejskich oraz w specjalistycznych zastosowaniach, takich jak centra danych czy placówki medyczne. Miejscowi dostawcy energii, tacy jak Stadtwerke Karlsruhe, ponoszą szczególną odpowiedzialność w tym zakresie. Muszą oni nie tylko zagwarantować bezpieczeństwo dostaw, ale także znaleźć innowacyjne sposoby na obniżenie kosztów operacyjnych, jednocześnie przyczyniając się do zrównoważonego rozwoju. Imponującym przykładem tego, jak można to osiągnąć, jest optymalizacja chłodzenia w ośrodku GartenCarée w Karlsruhe z wykorzystaniem zaawansowanych technologii cyfrowych.

Jako przedsiębiorstwo komunalne, zatrudniające około 1100 pracowników, Stadtwerke Karlsruhe niezawodnie zaopatruje ponad 400 000 mieszkańców regionu w niezbędne źródła energii, takie jak energia elektryczna, gaz ziemny, ogrzewanie miejskie i woda pitna. Do tego szerokiego zakresu obowiązków należy obsługa i konserwacja złożonych systemów energetycznych w dużych kompleksach budynków, takich jak system chłodzenia w GartenCarée. Ten wielofunkcyjny kompleks obejmuje apartamenty, powierzchnie biurowe, gabinety lekarskie, punkty handlowe, restauracje oraz kluczowe centrum danych. Nieprzerwane i dostosowane do zapotrzebowania dostawy chłodzenia są niezbędne do płynnej pracy wszystkich jednostek.

Istniejący system chłodniczy w GartenCarée nie jest bynajmniej prosty w swojej konstrukcji. Łączy on różne technologie, aby zapewnić jak najbardziej elastyczne i potencjalnie energooszczędne zasilanie. Jego sercem są trzy agregaty absorpcyjne, które oferują zaletę pracy nie z drogim prądem, a z ekologicznym ogrzewaniem sieciowym, a nawet ciepłem odpadowym z pobliskiej rafinerii. System uzupełnia konwencjonalny agregat sprężarkowy z dwoma sprężarkami, stosowany w przypadku dużego zapotrzebowania na chłodzenie lub w określonych warunkach pracy, a także wieża chłodnicza, która odprowadza nadmiar ciepła do otoczenia.

Pomimo fundamentalnej możliwości elastycznego reagowania na zapotrzebowanie na chłodzenie i temperatury zewnętrzne poprzez łączenie różnych źródeł energii, miejskie przedsiębiorstwo energetyczne w Karlsruhe stanęło przed wspólnym wyzwaniem: brakiem szczegółowej przejrzystości dotyczącej rzeczywistego zużycia energii przez cały system i interakcji poszczególnych komponentów. Przed wdrożeniem inteligentnego rozwiązania, wgląd w efektywność ograniczał się zasadniczo do bilansu rocznego. O ile pod koniec roku można było określić, ile megawatogodzin chłodu zostało wyprodukowanych i ile energii elektrycznej i ciepła sieciowego łącznie zużyto, o tyle szczegółowa analiza zużycia energii przez poszczególne komponenty w danym momencie i czy było to w optymalnej proporcji do wytworzonego chłodzenia, była niemożliwa. Osoby odpowiedzialne w miejskim przedsiębiorstwie energetycznym trafnie określiły tę sytuację jako rodzaj „działania w ciemno”, ponieważ potencjał ukierunkowanych optymalizacji pozostawał w dużej mierze ukryty.

Cel projektu: Większa przejrzystość i znaczący wzrost wydajności

Jasnym celem przedsiębiorstw komunalnych w Karlsruhe było zatem położenie kresu temu brakowi przejrzystości. Zależało im nie tylko na identyfikacji potencjalnych oszczędności, ale także na ich aktywnym i automatycznym wdrażaniu. Rozwiązaniem było wdrożenie zautomatyzowanego systemu zarządzania energią. System ten, opracowany przez specjalistyczną firmę Factor4Solutions, opiera się na oprogramowaniu wspieranym przez sztuczną inteligencję i wykorzystuje koncepcję cyfrowego bliźniaka. Wprowadzenie tego systemu umożliwiło fundamentalnie nowy sposób sterowania systemem chłodniczym, a także bardzo szczegółowy monitoring zużycia energii.

Instalacja oprogramowania i niezbędnych czujników po raz pierwszy umożliwiła szczegółowy wgląd i pomiar wszystkich przepływów energii w systemie chłodniczym. Parametry takie jak objętościowe natężenie przepływu wody chłodzonej i chłodzącej, temperatury w różnych punktach systemu oraz dokładne zużycie energii (prąd i ciepło sieciowe) każdego komponentu – od absorberów, przez sprężarki i pompy, aż po wieżę chłodniczą – są teraz rejestrowane i analizowane w czasie rzeczywistym. Ta kompleksowa baza danych jest kluczem do optymalizacji. Oprogramowanie może teraz stale analizować, które warunki pracy są najbardziej ekonomiczne. Prostym, ale skutecznym przykładem takiego potencjału optymalizacyjnego, ujawnionego dzięki transparentnemu gromadzeniu danych, jest sterowanie pompami. Często pompy w systemach chłodniczych pracują z wydajnością 100%, niezależnie od rzeczywistego zapotrzebowania. Jednak szczegółowa analiza pokazuje, że w zależności od wymaganej wydajności chłodniczej i stanu systemu, często wystarcza 60% lub nawet mniej. Ręczna lub niezmienna obsługa takich urządzeń prowadzi do znacznego, niepotrzebnego zużycia energii elektrycznej.

Często pomijanym problemem w systemach chłodniczych, który ujawnia się dopiero po szczegółowej analizie, jest zużycie energii przez urządzenia pomocnicze. Pompy, wentylatory w chłodni kominowej lub inne urządzenia pomocnicze mogą czasami zużywać podobną, a nawet większą moc niż same urządzenia chłodnicze, zwłaszcza jeśli nie są optymalnie sterowane. Co więcej, w wielu systemach optymalizacja ogranicza się do pojedynczych komponentów lub do wyidealizowanego stanu pracy, który rzadko jest osiągany w rzeczywistości – zazwyczaj w mniej niż trzech procentach wszystkich godzin pracy. Powoduje to znaczne straty energii elektrycznej przez większość czasu pracy. Celowa poprawa interakcji wszystkich komponentów systemu jest właśnie specjalnością wdrożonego rozwiązania.

Po sześciu miesiącach: Konkretne sukcesy i duży potencjał

Inteligentne oprogramowanie Factor4Solutions opiera się na holistycznym podejściu. Nie analizuje każdego komponentu osobno, lecz cały system chłodniczy jako dynamiczną jednostkę. Zużycie energii wszystkich istotnych urządzeń – agregatów chłodniczych, pomp, wentylatorów itp. – jest analizowane łącznie. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu cyfrowych bliźniaków poszczególnych komponentów i całego systemu. Cyfrowy bliźniak to w istocie wirtualny, wysoce precyzyjny model, który odzwierciedla rzeczywisty system w czasie rzeczywistym. Model ten pozwala sztucznej inteligencji obliczać różne scenariusze operacyjne i stale określać, jak poszczególne komponenty powinny idealnie ze sobą współpracować, aby osiągnąć maksymalną wydajność systemu.

System nie jest już sterowany według sztywnych, predefiniowanych schematów (np. jedna konkretna maszyna zawsze pracuje w obciążeniu podstawowym, a inna w obciążeniu szczytowym), lecz dynamicznie i w oparciu o zapotrzebowanie. Dobór i sterowanie jednostkami odbywa się teraz na podstawie aktualnych warunków pogodowych (temperatury zewnętrznej), rzeczywistego zapotrzebowania na chłodzenie oraz wyznaczonej sprawności. Wykorzystując standardowe protokoły komunikacyjne, inteligentny system zarządzania selektywnie aktywuje i reguluje wydajność poszczególnych agregatów chłodniczych i jednostek pomocniczych. Rezultatem jest praca, która osiąga najwyższą możliwą sprawność na poziomie systemu w każdej możliwej sytuacji obciążenia i w każdych warunkach środowiskowych.

Skuteczność tego podejścia stała się widoczna w miejskim przedsiębiorstwie energetycznym Karlsruhe wkrótce po zakończeniu fazy testowej i pełnym uruchomieniu systemu. W ciągu pierwszych sześciu miesięcy od przejścia na inteligentne sterowanie, przedsiębiorstwo odnotowało znaczną redukcję rocznego zużycia energii elektrycznej – oszczędność ponad 20 procent w porównaniu z analogicznym okresem roku poprzedniego. Ten wzrost efektywności przekłada się bezpośrednio na koszty operacyjne i już w ciągu pierwszych sześciu miesięcy przyniósł pięciocyfrowe oszczędności finansowe.

Jednak zdaniem ekspertów to dopiero początek. Pierwsze sześć miesięcy działania nowego systemu sterowania obejmowało również okresy, w których system działał częściowo lub całkowicie zgodnie ze starym, konwencjonalnym sterowaniem. Pełny potencjał inteligentnego rozwiązania ujawnia się w całym cyklu rocznym, ponieważ optymalny tryb pracy różnych agregatów chłodniczych (absorbera, sprężarki, chłodzenia swobodnego) w dużej mierze zależy od pory roku, temperatury zewnętrznej i jednostkowego zapotrzebowania na chłodzenie. Obliczenia Factor4Solutions, oparte na wstępnych danych eksploatacyjnych i symulacjach z wykorzystaniem cyfrowego bliźniaka, przewidują potencjalne oszczędności energii przekraczające 40% w ciągu całego roku operacyjnego. Ten ambitny cel jest obecnie w centrum uwagi przedsiębiorstwa użyteczności publicznej w Karlsruhe.

Od lokalnego do globalnego: MŚP podbijają rynek globalny dzięki sprytnym strategiom - Zdjęcie: Xpert.Digital

W czasach, gdy obecność cyfrowa firmy decyduje o jej sukcesie, wyzwaniem jest to, jak uczynić tę obecność autentyczną, indywidualną i dalekosiężną. Xpert.Digital oferuje innowacyjne rozwiązanie, które pozycjonuje się jako skrzyżowanie centrum branżowego, bloga i ambasadora marki. Łączy zalety kanałów komunikacji i sprzedaży w jednej platformie i umożliwia publikację w 18 różnych językach. Współpraca z portalami partnerskimi oraz możliwość publikowania artykułów w Google News oraz lista dystrybucyjna prasy obejmująca około 8 000 dziennikarzy i czytelników maksymalizuje zasięg i widoczność treści. Stanowi to istotny czynnik w sprzedaży zewnętrznej i marketingu (SMmarketing).

Więcej na ten temat tutaj:

• Autentyczny. Indywidualnie. Globalnie: Strategia Xpert.Digital dla Twojej firmy

100% niezawodności operacyjnej dzięki inteligentnemu monitorowaniu

Oprócz czystej efektywności energetycznej i redukcji kosztów, niezawodność systemu ma kluczowe znaczenie dla przedsiębiorstwa energetycznego, takiego jak Stadtwerke Karlsruhe. Zwłaszcza w przypadku zasilania centrum danych, gdzie nawet krótkie przerwy w dostawie prądu mogą mieć poważne konsekwencje, ciągła dostępność chłodzenia jest absolutnie niezbędna. To inteligentne rozwiązanie oferuje kolejną istotną zaletę: system jest nie tylko jednorazowo konfigurowany i zarządzany niezależnie, ale także stale monitorowany, testowany i optymalizowany zdalnie przez dostawcę, firmę Factor4Solutions.

Chociaż przedsiębiorstwo komunalne dysponuje własnymi systemami monitoringu i wykwalifikowanym personelem, dodatkowe, specjalistyczne wsparcie zespołu ekspertów Factor4Solutions, dysponujących dogłębną wiedzą w zakresie technologii chłodniczych i optymalizacji systemów wspomaganej sztuczną inteligencją, stanowi cenne uzupełnienie. Dzięki ciągłemu zdalnemu monitorowaniu z wykorzystaniem sztucznej inteligencji, system często wykrywa anomalie lub potencjalne problemy, zanim doprowadzą one do awarii. Dzięki cyfrowemu bliźniakowi i porównywaniu w czasie rzeczywistym bieżących danych operacyjnych z idealnym stanem modelu, odchylenia mogą być wcześnie identyfikowane, a klienci mogą być proaktywnie informowani o zbliżających się awariach lub niezbędnych działaniach konserwacyjnych. Umożliwia to konserwację predykcyjną i zapobiega nieplanowanym przestojom. Zapewnienie ciągłej gotowości operacyjnej ma fundamentalne znaczenie dla przedsiębiorstwa komunalnego w Karlsruhe, między innymi ze względu na jego umowny obowiązek dostarczania chłodzenia, w szczególności do wrażliwego centrum danych w GartenCarée.

Wprowadzenie i integracja rozwiązania

Z punktu widzenia przedsiębiorstwa komunalnego, wdrożenie i wdrożenie inteligentnego rozwiązania przebiegło sprawnie i bez komplikacji. Kluczowa w tym procesie była współpraca z zewnętrznym dostawcą usług, który już zarządza systemami pomiarowo-kontrolnymi przedsiębiorstwa.

Wspólnie zidentyfikowano i zatwierdzono punkty danych niezbędne do konfiguracji oprogramowania. Firma Factor4Solutions, która zdalnie zarządza rozwiązaniem ze swojej siedziby w Berlinie, jasno zakomunikowała z wyprzedzeniem, które konkretne punkty danych z systemu sterowania zakładu są potrzebne. Obejmowały one na przykład natężenie przepływu, temperatury oraz precyzyjne odczyty z liczników ciepła i chłodu.

Po dostarczeniu tych danych oprogramowanie zostało skonfigurowane bardzo szybko. W ciągu jednego dnia system został w zasadzie skonfigurowany i mógł rozpocząć zbieranie danych oraz wstępną analizę. Po zaledwie czterech do sześciu tygodniach dostępna była pierwsza kompleksowa analiza danych z zakładu. Na podstawie wniosków uzyskanych z tej analizy możliwe było dalsze dostrajanie systemu. Na przykład stało się jasne, które dodatkowe punkty danych będą pomocne w jeszcze precyzyjniejszej optymalizacji, a system został odpowiednio rozbudowany i skalibrowany.

Ta stosunkowo prosta i szybka integracja sprawia, że ​​technologia ta jest interesująca w przypadku wielu zastosowań i gałęzi przemysłu, wszędzie tam, gdzie stosowane są złożone systemy chłodzenia i zachodzi potrzeba zwiększenia ich wydajności.

Szybka amortyzacja jako mocny argument za rozszerzeniem współpracy

Pozytywne efekty inteligentnej optymalizacji chłodzenia stały się widoczne bardzo szybko i przekonująco dla zakładów komunalnych w Karlsruhe. Porównanie rocznego zużycia energii i produkcji chłodu z rokiem poprzednim, mimo że nowy system sterowania działał w pełni dopiero od sześciu miesięcy, wykazało już znaczny wzrost efektywności i wymierne oszczędności energii.

Szczególnie zachęcający jest aspekt ekonomiczny: okres amortyzacji systemu jest wyjątkowo krótki. Roczne koszty użytkowania oprogramowania i stałe wsparcie specjalistów ds. chłodnictwa Factor4Solutions rekompensują oszczędności energii osiągnięte w ciągu pierwszych pięciu miesięcy eksploatacji. Oznacza to, że od szóstego miesiąca roku system generuje oszczędności netto przewyższające koszty początkowe. Ten szybki zwrot z inwestycji (ROI) stanowi przekonujący argument za wdrożeniem takich technologii.

Biorąc pod uwagę pozytywne doświadczenia i udowodniony wzrost efektywności, nie dziwi fakt, że przedsiębiorstwo użyteczności publicznej w Karlsruhe nie tylko rozważa rozszerzenie współpracy z Factor4Solutions, ale już ją wdraża. Kolejny system chłodzenia przedsiębiorstwa jest obecnie zarządzany i optymalizowany przez ten inteligentny system. Ponadto przedsiębiorstwo obsługuje szereg innych systemów chłodzenia o różnej wielkości i złożoności, które potencjalnie nadają się do optymalizacji z wykorzystaniem rozwiązania AI. Ponieważ technologia ta okazała się elastyczna i integrowalna z praktycznie wszystkimi popularnymi systemami chłodzenia, istnieje duże prawdopodobieństwo, że istotne analizy, zwiększona przejrzystość i dalszy potencjał oszczędności zostaną zrealizowane również w tych systemach dzięki wykorzystaniu AI i cyfrowych bliźniaków.

Projekt w GartenCarée w Karlsruhe stanowi udany przykład tego, jak nowoczesne technologie cyfrowe – zwłaszcza sztuczna inteligencja i cyfrowe bliźniaki – mogą zrewolucjonizować efektywność energetyczną w tradycyjnie energochłonnym sektorze, takim jak chłodnictwo. Przekształcając zakłady produkcyjne w przejrzyste, inteligentnie sterowane systemy, dostawcy energii mogą nie tylko osiągnąć znaczne oszczędności w kosztach operacyjnych, ale także zwiększyć niezawodność operacyjną i wnieść istotny wkład w redukcję zużycia energii, a tym samym ochronę klimatu. Sukces przedsiębiorstwa użyteczności publicznej w Karlsruhe dowodzi, że inwestycje w inteligentne, oparte na danych systemy optymalizacji szybko się zwracają i torują drogę do bardziej zrównoważonego i efektywnego zaopatrzenia w energię. Początkowe imponujące oszczędności przekraczające 20% i prognozowany potencjał przekraczający 40% podkreślają ogromny potencjał tkwiący w inteligentnym sterowaniu i łączeniu systemów energetycznych w sieć.

☑️ Wsparcie MŚP w zakresie strategii, doradztwa, planowania i wdrażania

☑️ Stworzenie lub dostosowanie strategii cyfrowej i cyfryzacji

☑️Rozbudowa i optymalizacja procesów sprzedaży międzynarodowej

☑️ Globalne i cyfrowe platformy handlowe B2B

☑️ Pionierski rozwój biznesu

Konrad Wolfenstein

Chętnie będę Twoim osobistym doradcą.

Możesz się ze mną skontaktować wypełniając poniższy formularz kontaktowy lub po prostu dzwoniąc pod numer +49 7348 4088 965 (Monachium) .

Nie mogę się doczekać naszego wspólnego projektu.

Xpert.Digital to centrum przemysłu skupiające się na cyfryzacji, inżynierii mechanicznej, logistyce/intralogistyce i fotowoltaice.

Dzięki naszemu rozwiązaniu do rozwoju biznesu 360° wspieramy znane firmy od rozpoczęcia nowej działalności po sprzedaż posprzedażną.

Wywiad rynkowy, smarketing, automatyzacja marketingu, tworzenie treści, PR, kampanie pocztowe, spersonalizowane media społecznościowe i pielęgnacja leadów to część naszych narzędzi cyfrowych.

Więcej informacji znajdziesz na: www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus