Интеллектуальное холодное производство: пример прикладных ИИ и цифровых близнецов в Карлсруэ Стадтверке

Коммунальные службы Карлсруэ: интеллектуальные системы городского охлаждения

Необходимость более эффективного использования энергии становится всё более актуальной в условиях изменения климата и роста цен на энергоносители. Это касается не только отопления и электроснабжения, но и охлаждения, которое незаменимо, особенно в современных густонаселённых городских районах 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 надёжность поставок, но и находить инновационные способы снижения эксплуатационных расходов, одновременно способствуя устойчивому развитию. Впечатляющим примером того, как это можно сделать, является оптимизация охлаждения на объекте GartenCarée в Карлсруэ с использованием передовых цифровых технологий.

Будучи муниципальным коммунальным предприятием со штатом около 1100 человек, Stadtwerke Karlsruhe обеспечивает надежное снабжение более 400 000 жителей региона необходимыми источниками энергии, такими как электричество, природный газ, централизованное теплоснабжение и питьевая вода. В число обязанностей компании входит эксплуатация и техническое обслуживание сложных энергетических систем крупных комплексов зданий, таких как система охлаждения для GartenCarée. Этот многофункциональный комплекс включает в себя квартиры, офисные помещения, медицинские кабинеты, торговые точки, рестораны и важный центр обработки данных. Бесперебойное и регулируемое по требованию холодоснабжение необходимо для бесперебойной работы всех объектов.

Существующая система холодоснабжения в ГартенКаре отнюдь не проста по своей конструкции. Она сочетает в себе различные технологии, обеспечивая максимально гибкое и потенциально энергоэффективное энергоснабжение. Её основу составляют три абсорбционных чиллера, которые могут работать не на дорогостоящей электроэнергии, а на экологически безопасном централизованном теплоснабжении или даже на отходящем тепле близлежащего нефтеперерабатывающего завода. Система дополняется традиционным компрессионным чиллером с двумя компрессорами, который используется при высокой потребности в холоде или в особых условиях эксплуатации, а также градирней, отводящей избыточное тепло в окружающую среду.

Несмотря на принципиальную возможность гибкого реагирования на потребность в охлаждении и наружную температуру за счёт комбинирования различных источников энергии, коммунальное предприятие Карлсруэ столкнулось с общей проблемой: отсутствием детальной прозрачности в отношении фактического энергопотребления всей системы и взаимодействия отдельных компонентов. До внедрения интеллектуального решения данные об эффективности ограничивались, по сути, годовым балансом. Хотя в конце года можно было определить, сколько мегаватт-часов холода было произведено и сколько электроэнергии и тепла было использовано в общей сложности, детальный анализ того, какой компонент потреблял какое количество энергии в какое время и было ли это оптимальное соотношение с выработанным холодом, был невозможен. Ответственные лица коммунального предприятия метко охарактеризовали эту ситуацию как своего рода «полёт вслепую», поскольку потенциал для целенаправленной оптимизации оставался в значительной степени скрытым.

Цель проекта: повышение прозрачности и значительное повышение эффективности.

Таким образом, коммунальные службы Карлсруэ поставили перед собой четкую цель – положить конец этой непрозрачности. Они хотели не только выявить потенциальные возможности экономии, но и активно и автоматически их реализовать. Решение заключалось во внедрении автоматизированной системы управления энергосистемой. Эта система, разработанная специализированной компанией Factor4Solutions, основана на программном обеспечении с поддержкой искусственного интеллекта и использует концепцию цифрового двойника. Внедрение этой системы позволило реализовать принципиально новый подход к управлению холодильной системой, а также обеспечить высокодетализированный мониторинг энергопотребления.

Благодаря установке программного обеспечения и необходимых датчиков все энергетические потоки в холодильной системе впервые стали видимыми и измеряемыми в мельчайших подробностях. Такие параметры, как объёмный расход охлаждённой и охлаждающей воды, температуры в различных точках системы и точное энергопотребление (электричество и централизованное теплоснабжение) каждого отдельного компонента – от абсорберов до компрессоров, насосов и установок обратного охлаждения – теперь регистрируются и оцениваются в режиме реального времени. Эта обширная база данных является ключом к оптимизации. Теперь программное обеспечение может непрерывно анализировать наиболее экономичные режимы работы. Простым, но эффективным примером такого потенциала оптимизации, выявленным благодаря прозрачному сбору данных, является управление насосами. Насосы в холодильных системах часто работают со 100% объёмным расходом, независимо от фактической потребности. Однако подробный анализ показывает, что, в зависимости от требуемой холодопроизводительности и состояния системы, часто бывает достаточно 60% или даже меньше. Ручное или полное управление такими агрегатами приводит к значительному неоправданному потреблению электроэнергии.

Часто упускаемая из виду проблема в холодильных системах, которая становится очевидной только при детальном анализе, — это энергопотребление так называемых вспомогательных агрегатов. Насосы, вентиляторы системы охлаждения или другие вспомогательные агрегаты могут при определённых обстоятельствах потреблять столько же или даже больше, чем сами холодильные агрегаты, особенно если их управление неоптимальное. Более того, во многих системах оптимизация ограничивается отдельными компонентами или идеализированным рабочим состоянием, которое редко достигается в реальности — как правило, менее чем за три процента от общего времени работы. Это приводит к значительным потерям электроэнергии в течение большей части времени работы. Целенаправленное улучшение взаимодействия всех компонентов системы и есть особенность реализованного решения.

Через шесть месяцев: ощутимые успехи и высокий потенциал

Интеллектуальное программное обеспечение Factor4Solutions использует комплексный подход. Вместо того, чтобы рассматривать каждый компонент изолированно, оно рассматривает всю холодильную систему как единое целое. Энергоэксплуатационные расходы всех соответствующих компонентов – чиллеров, насосов, вентиляторов и т. д. – оцениваются совместно. Это становится возможным благодаря использованию цифровых двойников отдельных компонентов и всей системы в целом. Цифровой двойник – это, по сути, виртуальная высокоточная модель, которая отражает реальную систему в режиме реального времени. Эта модель позволяет ИИ рассчитывать различные рабочие сценарии и постоянно определять, как отдельные компоненты должны оптимально взаимодействовать для достижения максимальной эффективности системы.

Система больше не управляется по жёстким, предопределённым схемам (например, один агрегат всегда работает в режиме базовой нагрузки, другой – в режиме пиковой нагрузки), а динамически, в зависимости от потребности. Выбор и управление агрегатами теперь осуществляется с учётом текущих погодных условий (наружной температуры), фактической потребности в охлаждении и заданной эффективности. Используя стандартизированные протоколы связи, интеллектуальная система управления системой выборочно активирует и регулирует производительность отдельных чиллеров и вспомогательных агрегатов. Результатом является работа, обеспечивающая максимально возможную эффективность на системном уровне при любой возможной нагрузке и любых условиях окружающей среды.

Эффективность такого подхода стала очевидной на коммунальном предприятии Карлсруэ вскоре после завершения этапа испытаний и полного ввода системы в эксплуатацию. Уже через первые шесть месяцев после перехода на интеллектуальную систему управления коммунальное предприятие зафиксировало значительное снижение годового потребления электроэнергии – более 20% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года. Этот рост эффективности напрямую отражается на эксплуатационных расходах и уже привёл к пятизначной экономии всего за шесть месяцев.

Но, по мнению экспертов, это только начало. Первые шесть месяцев работы с новой системой управления включали также периоды, когда система частично или полностью работала по старому, традиционному принципу управления. Полный потенциал интеллектуального решения раскрывается в течение полного годового цикла, поскольку оптимальный режим работы различных чиллеров (абсорбционный, компрессионный, с естественным охлаждением) существенно зависит от сезона, наружной температуры и конкретной потребности в охлаждении. Расчёты Factor4Solutions, основанные на исходных эксплуатационных данных и моделировании с использованием цифрового двойника, прогнозируют потенциальную экономию энергии более 40% за полный год эксплуатации. Эта амбициозная цель теперь уверенно стоит на повестке дня коммунального предприятия 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 эксплуатационная надежность благодаря интеллектуальному мониторингу

Помимо чистой энергоэффективности и снижения затрат, для такой коммунальной компании, как Stadtwerke Karlsruhe, первостепенное значение имеет эксплуатационная надежность системы. Особенно при обеспечении работы центра обработки данных, где даже кратковременные отключения могут иметь серьёзные последствия, постоянная доступность охлаждения абсолютно необходима. Интеллектуальное решение даёт ещё одно важное преимущество: система не просто настраивается один раз и затем управляется автономно, но и постоянно удалённо контролируется, тестируется и оптимизируется поставщиком Factor4Solutions.

Несмотря на то, что муниципальное коммунальное предприятие располагает собственными системами мониторинга и квалифицированным персоналом, дополнительная специализированная поддержка со стороны команды экспертов Factor4Solutions, обладающих глубокими знаниями в области холодильных технологий и оптимизации систем с помощью искусственного интеллекта, представляет собой ценное дополнение. Благодаря непрерывному удаленному мониторингу с использованием искусственного интеллекта система зачастую способна обнаруживать отклонения или потенциальные проблемы до того, как они приведут к сбоям. Благодаря цифровому двойнику и сравнению текущих эксплуатационных данных в режиме реального времени с идеальным состоянием модели, отклонения могут быть выявлены на ранней стадии, а клиенты могут быть заблаговременно проинформированы о предстоящих сбоях или необходимых мерах по техническому обслуживанию. Это позволяет проводить предиктивное обслуживание и избегать незапланированных простоев. Обеспечение постоянной эксплуатационной готовности имеет основополагающее значение для муниципального коммунального предприятия Карлсруэ, не в последнюю очередь из-за его договорных обязательств по поставкам холода, особенно для чувствительного центра обработки данных в ГартенКаре.

Внедрение и интеграция решения

С точки зрения коммунальной службы, внедрение и реализация интеллектуального решения прошли гладко и без осложнений. Ключевую роль в этом процессе сыграло сотрудничество с внешним поставщиком услуг, который уже управляет системами измерения и контроля коммунальной службы.

Совместно были определены и утверждены точки данных, необходимые для настройки программного обеспечения. Компания Factor4Solutions, которая удалённо управляет решением из своего офиса в Берлине, заранее чётко указала, какие именно точки данных из системы управления завода необходимы. К ним относятся, например, данные о расходе, температуре и точные показания счётчиков тепла и холода.

После получения этих данных программное обеспечение было настроено очень быстро. В течение дня система была практически полностью настроена и могла начать сбор данных и первоначальный анализ. Всего через четыре-шесть недель был готов первый комплексный анализ данных завода. На основе полученных в ходе этого анализа данных система могла быть дополнительно доработана. Например, стало ясно, какие дополнительные точки данных будут полезны для ещё более точной оптимизации, и система была расширена и откалибрована соответствующим образом.

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

Быстрая амортизация как весомый аргумент в пользу расширения сотрудничества

Положительный эффект от интеллектуальной оптимизации охлаждения стал очевиден для коммунальных служб Карлсруэ очень быстро и убедительно. Сравнение годового потребления энергии и холодопроизводительности с предыдущим годом, несмотря на то, что новая система управления проработала в полную силу всего шесть месяцев, уже показало значительное повышение эффективности и ощутимую экономию энергии.

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

Учитывая положительный опыт и доказанный рост эффективности, неудивительно, что коммунальное предприятие Карлсруэ не только рассматривает возможность расширения сотрудничества с Factor4Solutions, но и уже внедряет его. Ещё одна система охлаждения предприятия теперь также управляется и оптимизируется с помощью интеллектуальной системы. Кроме того, предприятие эксплуатирует ряд других систем охлаждения различных размеров и сложности, которые потенциально подходят для оптимизации с помощью решения на основе ИИ. Поскольку технология доказала свою гибкость и интегрируемость практически во все распространённые системы охлаждения, существует высокая вероятность того, что использование ИИ и цифровых двойников позволит реализовать значительный объём анализа, повысить прозрачность и увеличить потенциал экономии и в этих системах.

Проект в GartenCarée в Карлсруэ является успешным примером того, как современные цифровые технологии, в частности искусственный интеллект и цифровые двойники, могут произвести революцию в энергоэффективности в традиционно энергоёмком секторе, таком как холодильное оборудование. Преобразуя действующие объекты в прозрачные, интеллектуально управляемые системы, поставщики энергии могут не только значительно сократить эксплуатационные расходы, но и повысить эксплуатационную надёжность, а также внести важный вклад в сокращение энергопотребления и, следовательно, в защиту климата. Успех коммунальных предприятий Карлсруэ демонстрирует, что инвестиции в интеллектуальные системы оптимизации на основе данных быстро окупаются и прокладывают путь к более устойчивому и эффективному энергоснабжению. Первоначальная впечатляющая экономия более 20% и прогнозируемый потенциал более 40% подчёркивают огромный потенциал интеллектуального управления и сетевого взаимодействия энергосистем.

☑️ 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