Интеллектуальное охлаждение: пример применения искусственного интеллекта и цифровых двойников в коммунальных предприятиях Карлсруэ

Коммунальные предприятия Карлсруэ: Интеллектуальные системы охлаждения городских территорий

В условиях изменения климата и роста цен на энергоносители необходимость более эффективного использования энергии приобретает все большее значение. Это касается не только отопления и электроснабжения, но и охлаждения, которое особенно необходимо в современных густонаселенных городах и для специализированных применений, таких как центры обработки данных или медицинские учреждения. Муниципальные поставщики энергии, такие как Stadtwerke Karlsruhe, несут в этом отношении особую ответственность. Они должны не только гарантировать надежность поставок, но и находить инновационные способы снижения эксплуатационных расходов, одновременно способствуя устойчивому развитию. Впечатляющим примером того, как этого можно достичь, является оптимизация системы охлаждения на объекте GartenCarée в Карлсруэ с использованием передовых цифровых технологий.

Компания Stadtwerke Karlsruhe, являясь муниципальным предприятием коммунального хозяйства с примерно 1100 сотрудниками, надежно обеспечивает более 400 000 человек в регионе необходимыми источниками энергии, такими как электричество, природный газ, централизованное теплоснабжение и питьевая вода. В число ее многочисленных обязанностей входит эксплуатация и техническое обслуживание сложных энергетических систем крупных зданий, таких как система охлаждения комплекса GartenCarée. Этот комплекс представляет собой многофункциональное здание, в котором расположены квартиры, офисные помещения, медицинские кабинеты, магазины розничной торговли, рестораны и критически важный центр обработки данных. Бесперебойное и регулируемое по потребности снабжение системами охлаждения имеет решающее значение для бесперебойной работы всех подразделений.

Существующая система охлаждения на предприятии GartenCarée отнюдь не проста по своей конструкции. Она сочетает в себе различные технологии, обеспечивая максимально гибкое и потенциально энергоэффективное снабжение. В её основе лежат три абсорбционных чиллера, преимущество которых заключается в возможности работы не на дорогостоящей электроэнергии, а на экологически чистом централизованном теплоснабжении или даже на отработанном тепле близлежащего нефтеперерабатывающего завода. Эта система дополняется обычным компрессионным чиллером с двумя компрессорами, который используется при высокой потребности в охлаждении или в особых условиях эксплуатации, а также градирней, которая отводит избыточное тепло в окружающую среду.

Несмотря на фундаментальную возможность гибкого реагирования на потребность в охлаждении и температуру наружного воздуха путем комбинирования различных источников энергии, муниципальная коммунальная компания Карлсруэ столкнулась с общей проблемой: отсутствием детальной прозрачности в отношении фактического энергопотребления всей системы и взаимодействия отдельных компонентов. До внедрения интеллектуального решения информация об эффективности в основном ограничивалась годовым балансом. Хотя в конце года можно было определить, сколько мегаватт-часов охлаждения было произведено и сколько электроэнергии и теплоснабжения было потреблено в общей сложности, детальный анализ того, какой компонент потреблял сколько энергии в какое время и было ли это в оптимальной пропорции к произведенному охлаждению, был невозможен. Ответственные лица в муниципальной коммунальной компании метко описали эту ситуацию как своего рода «полеты вслепую», поскольку потенциал для целенаправленной оптимизации оставался в значительной степени скрытым.

Цель проекта: повышение прозрачности и значительное повышение эффективности

Поэтому очевидной целью коммунальных предприятий Карлсруэ было положить конец этой нехватке прозрачности. Они хотели не только выявлять потенциальные возможности экономии, но и активно и автоматически внедрять их. Решение заключалось во внедрении автоматизированной системы управления энергосистемой. Эта система, разработанная специалистами Factor4Solutions, основана на программном обеспечении с поддержкой искусственного интеллекта и использует концепцию цифрового двойника. Внедрение этой системы позволило принципиально по-новому управлять холодильной системой, а также осуществлять высокодетальный мониторинг энергопотребления.

Установка программного обеспечения и необходимых датчиков впервые позволила детально визуализировать и измерить все энергетические потоки в холодильной системе. Такие параметры, как объемный расход охлажденной и охлаждающей воды, температура в различных точках системы, а также точное энергопотребление (электроэнергия и централизованное теплоснабжение) каждого отдельного компонента – от абсорберов до компрессоров и насосов, вплоть до градирни – теперь регистрируются и анализируются в режиме реального времени. Эта всесторонняя база данных является ключом к оптимизации. Программное обеспечение теперь может непрерывно анализировать, какие режимы работы являются наиболее экономичными. Простой, но эффективный пример такого потенциала оптимизации, выявленный благодаря прозрачному сбору данных, – это управление насосами. Часто насосы в холодильных системах работают на 100% объемного расхода независимо от фактической потребности. Однако детальный анализ показывает, что в зависимости от требуемой холодопроизводительности и состояния системы часто достаточно 60% или даже меньше. Ручное или постоянное управление такими агрегатами приводит к значительному, ненужному потреблению электроэнергии.

Часто упускаемая из виду проблема в холодильных системах, которая становится очевидной только при детальном анализе, — это энергопотребление вспомогательного оборудования. Насосы, вентиляторы в градирне или другие вспомогательные агрегаты иногда могут потреблять столько же или даже больше энергии, чем сами холодильные установки, особенно если они не оптимально управляются. Кроме того, во многих системах оптимизация ограничивается отдельными компонентами или идеализированным рабочим состоянием, которое редко достигается в реальности — как правило, менее чем за три процента всего рабочего времени. Это приводит к значительным потерям электроэнергии в течение большей части времени работы. Целенаправленное улучшение взаимодействия всех компонентов системы — это именно та специализация, которой обладает предлагаемое решение.

Спустя шесть месяцев: ощутимые успехи и большой потенциал

Интеллектуальное программное обеспечение Factor4Solutions использует целостный подход. Оно рассматривает не каждый компонент изолированно, а всю холодильную систему как единое динамическое целое. Энергопотребление всех соответствующих узлов – чиллеров, насосов, вентиляторов и т. д. – оценивается совместно. Это становится возможным благодаря использованию цифровых двойников отдельных компонентов и всей системы. Цифровой двойник – это, по сути, виртуальная высокоточная модель, которая в режиме реального времени отражает реальную систему. Эта модель позволяет искусственному интеллекту рассчитывать различные сценарии работы и постоянно определять, как отдельные компоненты должны оптимально взаимодействовать друг с другом для достижения максимальной эффективности системы.

Система больше не управляется по жестким, заранее определенным схемам (например, одна конкретная машина всегда работает в режиме базовой нагрузки, другая — в режиме пиковой нагрузки), а динамически и в зависимости от спроса. Выбор и управление агрегатами теперь основаны на текущих погодных условиях (температуре наружного воздуха), фактической потребности в охлаждении и определенной эффективности. Используя стандартизированные протоколы связи, интеллектуальная система управления системой выборочно активирует и регулирует производительность отдельных чиллеров и вспомогательных агрегатов. В результате достигается работа, обеспечивающая максимально возможную эффективность на системном уровне в любой мыслимой ситуации нагрузки и при любых условиях окружающей среды.

Эффективность такого подхода стала очевидной в муниципальной коммунальной компании Карлсруэ вскоре после завершения этапа тестирования и полного ввода системы в эксплуатацию. В течение первых шести месяцев после перехода на интеллектуальное управление компания зафиксировала значительное снижение годового потребления электроэнергии – экономию более чем на 20 процентов по сравнению с аналогичным периодом предыдущего года. Это повышение эффективности напрямую отражается на эксплуатационных расходах и уже за первые шесть месяцев привело к пятизначной финансовой экономии.

Но, по мнению экспертов, это только начало. Первые шесть месяцев работы с новой системой управления также включали периоды, когда система частично или полностью работала по старым, традиционным схемам управления. Полный потенциал интеллектуального решения раскрывается в течение полного годового цикла, поскольку оптимальный режим работы различных чиллеров (абсорбционный, компрессорный, с естественным охлаждением) в значительной степени зависит от сезона, температуры наружного воздуха и удельной потребности в охлаждении. Расчеты компании Factor4Solutions, основанные на исходных данных эксплуатации и моделировании с использованием цифрового двойника, прогнозируют потенциальную экономию энергии более чем на 40 процентов за полный год работы. Эта амбициозная цель теперь твердо стоит на повестке дня муниципальной энергетической компании Карлсруэ.

От местного к глобальному: МСП завоевывают глобальный рынок с помощью умных стратегий - Изображение: Xpert.Digital

В то время, когда цифровое присутствие компании определяет ее успех, задача состоит в том, как сделать это присутствие аутентичным, индивидуальным и масштабным. Xpert.Digital предлагает инновационное решение, которое позиционирует себя как связующее звено между отраслевым центром, блогом и представителем бренда. Он сочетает в себе преимущества каналов коммуникации и продаж на одной платформе и позволяет публиковать материалы на 18 разных языках. Сотрудничество с партнерскими порталами и возможность публикации статей в Новостях Google, а также список рассылки прессы, насчитывающий около 8000 журналистов и читателей, максимизируют охват и видимость контента. Это представляет собой важный фактор во внешних продажах и маркетинге (SMarketing).

Подробнее об этом здесь:

• Аутентичный. Индивидуально. Глобально: стратегия Xpert.Digital для вашей компании

100-процентная надежность работы благодаря интеллектуальному мониторингу

Помимо повышения энергоэффективности и снижения затрат, для такой энергетической компании, как Stadtwerke Karlsruhe, первостепенное значение имеет эксплуатационная надежность системы. Особенно при снабжении дата-центра, где даже кратковременные перебои могут иметь серьезные последствия, непрерывная доступность охлаждения абсолютно необходима. Интеллектуальное решение предлагает еще одно важное преимущество: система не только устанавливается один раз и затем управляется независимо, но и постоянно контролируется, тестируется и оптимизируется удаленно поставщиком, компанией Factor4Solutions.

Хотя муниципальная коммунальная компания располагает собственными системами мониторинга и квалифицированным персоналом, дополнительная специализированная поддержка со стороны команды экспертов Factor4Solutions, обладающих глубокими знаниями в области холодильной техники и оптимизации систем с использованием искусственного интеллекта, является ценным дополнением. Благодаря непрерывному удаленному мониторингу с использованием ИИ система часто может обнаруживать аномалии или потенциальные проблемы до того, как они приведут к неисправности. Благодаря цифровому двойнику и сравнению текущих рабочих данных с идеальным состоянием модели в режиме реального времени, отклонения можно выявлять на ранней стадии, а клиенты могут быть заблаговременно проинформированы о надвигающихся сбоях или необходимых мерах по техническому обслуживанию. Это позволяет проводить прогнозируемое техническое обслуживание и избегать незапланированных простоев. Обеспечение постоянной оперативной готовности имеет основополагающее значение для муниципальной коммунальной компании Карлсруэ, не в последнюю очередь из-за ее договорных обязательств по поставке холодильного оборудования, в частности, для чувствительного центра обработки данных в GartenCarée.

Внедрение и интеграция решения

С точки зрения коммунального предприятия, внедрение и реализация интеллектуального решения прошли гладко и без осложнений. В этом процессе решающее значение имело сотрудничество с внешним поставщиком услуг, который уже управляет измерительной и контрольной техникой предприятия.

В результате были определены и утверждены необходимые для настройки программного обеспечения параметры данных. Компания Factor4Solutions, которая удаленно управляет решением из своего офиса в Берлине, заранее четко сообщила, какие именно параметры данных из системы управления предприятия необходимы. К ним относятся, например, расход, температура и точные показания тепло- и холодоизмерительных приборов.

После получения этих данных программное обеспечение было настроено очень быстро. В течение дня система была в основном готова и могла начать сбор данных и первоначальный анализ. Всего через четыре-шесть недель был доступен первый всесторонний анализ данных о предприятии. На основе полученных в результате анализа данных система могла быть дополнительно усовершенствована. Например, стало ясно, какие дополнительные точки данных будут полезны для еще более точной оптимизации, и система была расширена и откалибрована соответствующим образом.

Относительно простая и быстрая интеграция делает эту технологию принципиально интересной для широкого спектра применений и отраслей промышленности, везде, где используются сложные системы охлаждения и необходимо повысить их эффективность.

Быстрая амортизация как веский аргумент в пользу расширения сотрудничества

Положительные результаты интеллектуальной оптимизации охлаждения стали очевидны очень быстро и убедительно для коммунальных предприятий Карлсруэ. Сравнение годового потребления энергии и производства холода с предыдущим годом, несмотря на то, что новая система управления была полностью введена в эксплуатацию всего шесть месяцев назад, уже показало значительное повышение эффективности и измеримую экономию энергии.

Особенно обнадеживает экономический аспект: срок амортизации системы удивительно короткий. Ежегодные затраты на использование программного обеспечения и постоянную поддержку со стороны специалистов Factor4Solutions по холодильному оборудованию компенсируются экономией энергии, достигнутой в течение первых пяти месяцев эксплуатации. Это означает, что начиная с шестого месяца года система обеспечивает чистую экономию средств, превышающую первоначальные затраты на ее использование. Такая быстрая окупаемость инвестиций является убедительным аргументом в пользу внедрения подобных технологий.

Учитывая положительный опыт и доказанное повышение эффективности, неудивительно, что муниципальная коммунальная компания Карлсруэ не только рассматривает возможность расширения сотрудничества с Factor4Solutions, но уже внедряет его. Еще одна из систем охлаждения компании теперь также управляется и оптимизируется интеллектуальной системой. Кроме того, компания эксплуатирует ряд других систем охлаждения различного размера и сложности, которые потенциально могут быть оптимизированы с помощью решения на основе ИИ. Поскольку технология доказала свою гибкость и интегрируемость практически во все распространенные системы охлаждения, существует большая вероятность того, что с помощью ИИ и цифровых двойников в этих системах также можно будет проводить значительный анализ, повышать прозрачность и увеличивать потенциал экономии.

Проект в GartenCarée в Карлсруэ — успешный пример того, как современные цифровые технологии, особенно искусственный интеллект и цифровые двойники, могут революционизировать энергоэффективность в традиционно энергоемком секторе, таком как холодильная техника. Преобразуя производственные объекты в прозрачные, интеллектуально управляемые системы, поставщики энергии могут не только добиться значительной экономии эксплуатационных расходов, но и повысить надежность работы, внеся важный вклад в снижение энергопотребления и, таким образом, в защиту климата. Успех в муниципальной коммунальной компании Карлсруэ демонстрирует, что инвестиции в интеллектуальные, основанные на данных системы оптимизации быстро окупаются и прокладывают путь к более устойчивому и эффективному энергоснабжению. Первоначально впечатляющая экономия более 20 процентов и прогнозируемый потенциал более 40 процентов подчеркивают огромный потенциал, заложенный в интеллектуальном управлении и объединении энергетических систем в сеть.

☑️ Поддержка МСП в разработке стратегии, консультировании, планировании и реализации.

☑️ Создание или корректировка цифровой стратегии и цифровизации.

☑️ Расширение и оптимизация процессов международных продаж.

☑️ Глобальные и цифровые торговые платформы B2B

☑️ Пионерское развитие бизнеса

Konrad Wolfenstein

Буду рад стать вашим личным консультантом.

Вы можете связаться со мной, заполнив контактную форму ниже, или просто позвонить мне по телефону +49 89 89 674 804 (Мюнхен) .

Я с нетерпением жду нашего совместного проекта.

Xpert.Digital — это промышленный центр с упором на цифровизацию, машиностроение, логистику/внутреннюю логистику и фотоэлектрическую энергетику.

С помощью нашего решения для развития бизнеса на 360° мы поддерживаем известные компании, начиная с нового бизнеса и заканчивая послепродажным обслуживанием.

Аналитика рынка, маркетинг, автоматизация маркетинга, разработка контента, PR, почтовые кампании, персонализированные социальные сети и привлечение потенциальных клиентов являются частью наших цифровых инструментов.

Дополнительную информацию можно узнать на сайте: www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus