Răcire inteligentă: Un exemplu de inteligență artificială aplicată și gemeni digitali la instalațiile municipale din Karlsruhe

Utilități Municipale Karlsruhe: Sisteme inteligente pentru răcire urbană

Necesitatea de a utiliza energia mai eficient devine din ce în ce mai importantă în perioadele de schimbări climatice și creștere a costurilor energiei. Acest lucru se aplică nu numai încălzirii și alimentării cu energie electrică, ci și răcirii, care este indispensabilă, în special în zonele urbane moderne, dens populate, și pentru aplicații specializate, cum ar fi centrele de date sau unitățile medicale. Furnizorii municipali de energie, cum ar fi Stadtwerke Karlsruhe, au o responsabilitate specială în acest sens. Aceștia nu trebuie doar să garanteze securitatea aprovizionării, ci și să găsească modalități inovatoare de a reduce costurile de operare, contribuind în același timp la sustenabilitate. Un exemplu impresionant al modului în care se poate realiza acest lucru este optimizarea răcirii pentru sediul GartenCarée din Karlsruhe, utilizând tehnologii digitale avansate.

În calitate de companie municipală de utilități cu aproximativ 1.100 de angajați, Stadtwerke Karlsruhe furnizează în mod fiabil peste 400.000 de persoane din regiune surse esențiale de energie, cum ar fi electricitatea, gazele naturale, încălzirea centralizată și apa potabilă. O parte din această gamă largă de responsabilități include operarea și întreținerea sistemelor energetice complexe pentru complexe mari de clădiri, cum ar fi sistemul de răcire pentru GartenCarée. Acest complex este un complex de clădiri multifuncțional care găzduiește un amestec de apartamente, spații de birouri, cabinete medicale, puncte de vânzare cu amănuntul, restaurante și un centru de date critic. O alimentare neîntreruptă cu răcire și bazată pe cerere este esențială pentru buna funcționare a tuturor unităților.

Sistemul de refrigerare existent la GartenCarée nu este nicidecum simplu din punct de vedere al designului său. Acesta combină diferite tehnologii pentru a permite cea mai flexibilă și potențial eficientă din punct de vedere energetic posibilă alimentare. În centrul său se află trei chillere cu absorbție, care oferă avantajul de a putea funcționa nu cu energie electrică scumpă, ci cu încălzire centralizată ecologică sau chiar cu căldură reziduală de la o rafinărie din apropiere. Acest sistem este completat de un chiller convențional cu compresie cu două compresoare, care este utilizat atunci când cererea de răcire este mare sau în anumite condiții de funcționare, precum și de un turn de răcire care disipează excesul de căldură în mediu.

În ciuda posibilității fundamentale de a răspunde flexibil la cererea de răcire și la temperaturile exterioare prin combinarea diferitelor surse de energie, compania municipală de utilități din Karlsruhe s-a confruntat cu o provocare comună: lipsa unei transparențe detaliate cu privire la consumul real de energie al întregului sistem și la interacțiunea componentelor individuale. Înainte de implementarea unei soluții inteligente, informațiile despre eficiență erau în esență limitate la bilanțul anual. Deși era posibil să se determine la sfârșitul anului câți megawați-oră de răcire au fost produși și câtă energie electrică și încălzire centralizată au fost utilizate în total, o analiză detaliată a componentei care a consumat câtă energie la ce oră și dacă aceasta a fost în proporție optimă față de răcirea produsă nu a fost posibilă. Responsabilii companiei municipale de utilități au descris pe bună dreptate această situație ca un fel de „oarbă-nevăzută”, deoarece potențialul pentru optimizări specifice a rămas în mare parte ascuns.

Scopul proiectului: O mai mare transparență și câștiguri semnificative de eficiență

Prin urmare, obiectivul clar al companiilor de utilități municipale din Karlsruhe a fost de a pune capăt acestei lipse de transparență. Aceștia doreau nu doar să identifice potențialele economii, ci și să le implementeze în mod activ și automat. Soluția consta în implementarea unui sistem automatizat de management al sistemului energetic. Acest sistem, dezvoltat de specialistul Factor4Solutions, se bazează pe software susținut de inteligență artificială și utilizează conceptul de gemene digital. Introducerea acestui sistem a permis o modalitate fundamental nouă de control al sistemului de refrigerare, precum și o monitorizare energetică extrem de detaliată.

Instalarea software-ului și a senzorilor necesari a făcut ca toate fluxurile de energie din sistemul de refrigerare să fie vizibile și măsurabile în detaliu pentru prima dată. Parametri precum debitul volumetric al apei răcite și de răcire, temperaturile în diferite puncte ale sistemului și consumul exact de energie (electricitate și încălzire centralizată) al fiecărei componente individuale - de la absorbante la compresoare și pompe, până la turnul de răcire - sunt acum înregistrate și analizate în timp real. Această bază de date cuprinzătoare este cheia optimizării. Software-ul poate acum analiza continuu care condiții de funcționare sunt cele mai economice. Un exemplu simplu, dar eficient al unui astfel de potențial de optimizare, dezvăluit prin achiziția transparentă a datelor, este controlul pompelor. Adesea, pompele din sistemele de refrigerare funcționează la un debit volumetric de 100%, indiferent de cererea reală. Cu toate acestea, analiza detaliată arată că, în funcție de capacitatea de răcire necesară și de starea sistemului, 60% sau chiar mai puțin ar fi adesea suficient. Operarea manuală sau invariabilă a acestor unități duce la un consum semnificativ și inutil de energie electrică.

O problemă frecvent trecută cu vederea în sistemele de refrigerare, care devine evidentă doar printr-o analiză detaliată, este consumul de energie al echipamentelor auxiliare. Pompele, ventilatoarele din turnul de răcire sau alte unități auxiliare pot consuma uneori o energie similară sau chiar mai mare decât unitățile de refrigerare propriu-zise, ​​mai ales dacă nu sunt controlate optim. În plus, în multe sisteme, optimizarea este limitată la componente individuale sau la o stare de funcționare idealizată, care este rareori atinsă în realitate - de obicei în mai puțin de trei procente din totalul orelor de funcționare. Acest lucru duce la irosirea unor cantități semnificative de energie electrică în majoritatea timpului de funcționare. Îmbunătățirea țintită a interacțiunii tuturor componentelor sistemului este tocmai specialitatea soluției implementate.

După șase luni: Succese tangibile și potențial ridicat

Software-ul inteligent al Factor4Solutions adoptă o abordare holistică. Nu ia în considerare fiecare componentă în mod izolat, ci întregul sistem de refrigerare ca o unitate dinamică. Consumul de energie al tuturor unităților relevante – chillere, pompe, ventilatoare etc. – este evaluat împreună. Acest lucru este posibil prin utilizarea gemenilor digitali ai componentelor individuale și ai întregului sistem. Un gemen digital este, în esență, un model virtual de înaltă precizie care oglindește sistemul real în timp real. Acest model permite inteligenței artificiale să calculeze diverse scenarii de funcționare și să determine continuu modul în care componentele individuale ar trebui, în mod ideal, să funcționeze împreună pentru a obține o eficiență maximă a sistemului.

Sistemul nu mai este controlat conform unor scheme rigide, predefinite (de exemplu, o anumită mașină funcționează întotdeauna ca sarcină de bază, alta ca sarcină de vârf), ci dinamic și în funcție de cerere. Selecția și controlul unităților se bazează acum pe condițiile meteorologice actuale (temperatura exterioară), cererea reală de răcire și eficiența determinată. Folosind protocoale de comunicare standardizate, sistemul inteligent de management al sistemului activează și reglează selectiv puterea chillerelor individuale și a unităților auxiliare. Rezultatul este o funcționare care atinge cea mai mare eficiență posibilă la nivel de sistem în fiecare situație de sarcină imaginabilă și în toate condițiile de mediu.

Eficacitatea acestei abordări a devenit evidentă la compania municipală de utilități din Karlsruhe la scurt timp după finalizarea fazei de testare și punerea completă în funcțiune a sistemului. În primele șase luni de la trecerea la controlul inteligent, compania de utilități a înregistrat o reducere semnificativă a consumului anual de energie electrică - o economie de peste 20% față de aceeași perioadă a anului precedent. Această creștere a eficienței se reflectă direct în costurile de operare și a dus deja la economii financiare de cinci cifre în primele șase luni.

Însă, potrivit experților, acesta este doar începutul. Primele șase luni de funcționare sub noul sistem de control au inclus și perioade în care sistemul a funcționat parțial sau integral conform vechilor sisteme de control convenționale. Întregul potențial al soluției inteligente se desfășoară pe parcursul unui ciclu anual complet, deoarece modul optim de funcționare al diferitelor chillere (absorbant, compresie, free cooling) depinde în mare măsură de anotimp, de temperatura exterioară și de cererea specifică de răcire. Calculele realizate de Factor4Solutions, bazate pe datele inițiale de funcționare și pe simulări cu geamănul digital, prevăd economii potențiale de energie de peste 40% pe parcursul unui an complet de funcționare. Acest obiectiv ambițios este acum ferm în vizorul companiei municipale de utilități din Karlsruhe.

De la local la global: IMM-urile cuceresc piața mondială cu o strategie inteligentă - Imagine: Xpert.Digital

Într-o eră în care prezența digitală a unei companii îi determină succesul, provocarea constă în crearea unei prezențe autentice, personalizate și de anvergură. Xpert.Digital oferă o soluție inovatoare care se poziționează ca intersecția dintre un hub industrial, un blog și un ambasador de brand. Aceasta combină avantajele comunicării și canalelor de vânzări într-o singură platformă și permite publicarea în 18 limbi diferite. Cooperarea cu portalurile partenere și posibilitatea de a publica articole pe Google News și o listă de distribuție a presei cu aproximativ 8.000 de jurnaliști și cititori maximizează acoperirea și vizibilitatea conținutului. Acesta reprezintă un factor crucial în vânzările și marketingul extern (SMarketing).

Mai multe informații aici:

• Autentic. Individual. Global: Strategia Xpert.Digital pentru compania ta

Fiabilitate operațională 100% prin monitorizare inteligentă

Pe lângă eficiența energetică pură și reducerea costurilor, fiabilitatea operațională a sistemului este de o importanță capitală pentru o companie de utilități precum Stadtwerke Karlsruhe. Mai ales atunci când se alimentează un centru de date, unde chiar și întreruperi scurte pot avea consecințe grave, disponibilitatea continuă a răcirii este absolut esențială. Soluția inteligentă oferă un alt avantaj crucial în acest sens: sistemul nu este doar configurat o singură dată și apoi gestionat independent, ci este monitorizat, testat și optimizat continuu de la distanță de către furnizor, Factor4Solutions.

Deși compania municipală de utilități are propriile sisteme de monitorizare și personal calificat, suportul suplimentar specializat din partea echipei de experți Factor4Solutions, cu cunoștințele lor aprofundate în tehnologia de refrigerare și optimizarea sistemelor susținută de inteligență artificială, reprezintă un complement valoros. Prin monitorizarea continuă de la distanță folosind inteligența artificială, sistemul poate detecta adesea anomalii sau probleme potențiale înainte ca acestea să ducă la o defecțiune. Datorită gemenilor digitali și comparației în timp real a datelor de funcționare actuale cu starea ideală a modelului, abaterile pot fi identificate din timp, iar clienții pot fi informați proactiv despre defecțiunile iminente sau măsurile de întreținere necesare. Acest lucru permite întreținerea predictivă și evită perioadele de nefuncționare neplanificate. Asigurarea disponibilității operaționale în orice moment este de o importanță fundamentală pentru compania municipală de utilități din Karlsruhe, nu în ultimul rând datorită obligației sale contractuale de a furniza răcire, în special centrului de date sensibil din GartenCarée.

Introducerea și integrarea soluției

Din perspectiva companiei municipale de utilități, introducerea și implementarea soluției inteligente s-au desfășurat fără probleme și fără complicații. Colaborarea cu furnizorul extern de servicii, care gestionează deja tehnologia de măsurare și control a companiei, a fost esențială în acest proces.

Împreună, au fost identificate și aprobate punctele de date necesare pentru configurarea software-ului. Factor4Solutions, care gestionează soluția de la distanță de la locația sa din Berlin, comunicase în mod clar în prealabil ce puncte de date specifice din sistemul de control al instalației erau necesare. Acestea includeau, de exemplu, debitele, temperaturile și citirile precise de la contoarele de căldură și frig.

Odată ce aceste date au fost furnizate, software-ul a fost configurat foarte rapid. În decurs de o zi, sistemul a fost practic configurat și a putut începe colectarea datelor și analiza inițială. După doar patru până la șase săptămâni, a fost disponibilă o primă analiză cuprinzătoare a datelor instalației. Pe baza informațiilor obținute din această analiză, sistemul a putut fi ajustat în continuare. De exemplu, a devenit clar ce puncte de date suplimentare ar fi utile pentru o optimizare și mai precisă, iar sistemul a fost extins și calibrat în consecință.

Această integrare relativ simplă și rapidă face ca tehnologia să fie fundamental interesantă pentru o gamă largă de aplicații și industrii, oriunde sunt utilizate sisteme complexe de răcire și este necesară creșterea eficienței acestora.

Amortizarea rapidă ca argument puternic pentru extinderea cooperării

Efectele pozitive ale optimizării inteligente a răcirii au devenit evidente foarte rapid și convingător pentru companiile municipale din Karlsruhe. O comparație a consumului anual de energie și a producției de răcire cu anul precedent, chiar dacă noul sistem de control era complet operațional doar de șase luni, a arătat deja o creștere semnificativă a eficienței și economii de energie măsurabile.

Aspectul economic este deosebit de încurajator: perioada de amortizare a sistemului este remarcabil de scurtă. Costurile anuale pentru utilizarea software-ului și asistența continuă din partea specialiștilor în refrigerare de la Factor4Solutions sunt compensate de economiile de energie realizate în primele cinci luni de funcționare. Aceasta înseamnă că, începând cu a șasea lună a anului, sistemul generează economii nete de costuri care depășesc costurile inițiale ale sistemului. Această rentabilitate rapidă a investiției (ROI) este un argument convingător pentru implementarea unor astfel de tehnologii.

Având în vedere experiențele pozitive și câștigurile de eficiență dovedite, nu este surprinzător faptul că firma municipală de utilități din Karlsruhe nu numai că ia în considerare extinderea colaborării sale cu Factor4Solutions, dar o implementează deja. Un alt sistem de răcire al companiei este acum gestionat și optimizat de sistemul inteligent. În plus, compania operează o serie de alte sisteme de răcire de diferite dimensiuni și complexități, care sunt potențial potrivite pentru optimizare folosind soluția de inteligență artificială. Întrucât tehnologia s-a dovedit a fi flexibilă și integrabilă în practic toate sistemele de răcire comune, există șanse mari ca analize semnificative, o transparență sporită și un potențial suplimentar de economii să poată fi realizate și în aceste sisteme prin utilizarea inteligenței artificiale și a gemenilor digitali.

Proiectul de la GartenCarée din Karlsruhe este un exemplu de succes al modului în care tehnologiile digitale moderne – în special inteligența artificială și gemenii digitali – pot revoluționa eficiența energetică într-un sector tradițional energointensiv, precum refrigerarea. Prin transformarea instalațiilor operaționale în sisteme transparente și controlate inteligent, furnizorii de energie nu numai că pot obține economii semnificative la costurile de operare, dar pot și crește fiabilitatea operațională și pot aduce o contribuție vitală la reducerea consumului de energie și, prin urmare, la protejarea climei. Succesul companiei municipale de utilități din Karlsruhe demonstrează că investițiile în sisteme inteligente de optimizare bazate pe date se amortizează rapid și deschid calea către o aprovizionare cu energie mai sustenabilă și mai eficientă. Economiile inițial impresionante de peste 20% și potențialul proiectat de peste 40% subliniază potențialul enorm inerent controlului și conectării inteligente în rețea a sistemelor energetice.

☑️ Suport pentru IMM-uri în strategie, consultanță, planificare și implementare

☑️ Crearea sau realinierea strategiei digitale și a digitalizării

☑️ Extinderea și optimizarea proceselor de vânzări internaționale

☑️ Platforme de tranzacționare B2B globale și digitale

☑️ Dezvoltare de afaceri pionieră

Konrad Wolfenstein

Aș fi bucuros să vă servesc drept consilier personal.

Mă puteți contacta completând formularul de contact de mai jos sau pur și simplu sunându-mă la +49 89 89 674 804 (München) .

Aștept cu nerăbdare proiectul nostru comun.

Xpert.Digital este un hub pentru industrie, axat pe digitalizare, inginerie mecanică, logistică/intralogistică și fotovoltaică.

Cu soluția noastră de Dezvoltare Afaceri 360°, sprijinim companii renumite, de la achiziții noi până la post-vânzare.

Inteligența de piață, smarketing-ul, automatizarea marketingului, dezvoltarea de conținut, PR-ul, campaniile de e-mail, social media personalizate și cultivarea lead-urilor fac parte din instrumentele noastre digitale.

Puteți găsi mai multe informații la: www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus