Intelligent kall produktion: Ett exempel på tillämpade AI och digitala tvillingar på Karlsruhe Stadtwerke

Stadtwerke Karlsruhe: Intelligent system för urban förkylning

Behovet av att använda energi mer effektivt blir allt viktigare i tider med klimatförändringar och ökar energikostnaderna. Detta gäller inte bara uppvärmning och strömförsörjning, utan också för området för kall produktion, vilket är särskilt nödvändigt i moderna, tätt byggda stadsområden och för specialiserade applikationer som datacenter eller medicinska anläggningar. Urban Energy -leverantörer, som Stadtwerke Karlsruhe, har ett särskilt ansvar här. Du behöver inte bara säkerställa säkerheten för leveransen, utan också hitta innovativa sätt att minska driftskostnaderna och samtidigt ge ett bidrag till hållbarhet. Ett imponerande exempel på hur detta kan uppnås är optimering av kall produktion för Garden Carée -området i Karlsruhe med hjälp av avancerad digital teknik.

Som ett kommunalt företag med cirka 1 100 anställda levererar Stadtwerke Karlsruhe pålitligt över 400 000 människor i regionen med viktiga former av energi som el, naturgas, distriktsvärme och dricksvatten. En del av detta breda utbud av uppgifter inkluderar också drift och underhåll av komplexa energisystem för stora fastighetskomplex, till exempel kylförsörjningssystemet för Garden Carée. Detta område är ett multifunktionellt byggnadskomplex som innehåller en blandning av lägenheter, kontor, medicinska metoder, en butikslinje, restauranger och ett kritiskt datacenter. En avbrott -fri och behovsbaserad kallt utbud är av avgörande betydelse för en smidig drift av alla enheter.

Det befintliga kylsystemet i trädgårdsbilarna är inte alls enkelt. Den kombinerar olika tekniker för att möjliggöra den mest flexibla och potentiellt energieffektiva utbudet. Mittpunkten är tre absorptionskostnadsmaskiner som erbjuder fördelen att de inte kan drivas med dyr el, utan med miljövänlig distriktsuppvärmning eller till och med glasyr från ett närliggande raffinaderi. Detta system kompletteras med en konventionell komprimeringskylmaskin med två omfattande, som används vid höga förkylning eller specifika driftsförhållanden, samt en återfall som frigör överskottsvärmen till miljön.

Trots principen om att reagera flexibelt på kylan och utomhustemperaturerna genom kombinationen av olika producenter, mötte Karlsruhe Municipal Utility Company en gemensam utmaning: det saknades detaljerad öppenhet om den faktiska energiförbrukningen av det övergripande systemet och samspelet mellan de enskilda komponenterna. Innan införandet av en intelligent lösning var insikten i effektiviteten i huvudsak begränsad till den årliga balansräkningen. I slutet av året kunde du se hur många megawattimmar av förkylning producerades och hur mycket el och distriktsuppvärmning som spenderades på detta. En detaljerad analys av vilken komponent som användes vid vilken tidpunkt och om detta var i optimalt förhållande till den genererade förkylningen var emellertid inte möjligt. Detta tillstånd beskrevs på lämpligt sätt av de ansvariga för de kommunala verktygen som en slags "blind flygning", eftersom potentialen för riktade optimeringar förblev till stor del dolda.

Projektmål: Mer transparens och betydande ökning av effektiviteten

Det tydliga målet med Stadtwerke Karlsruhe var därför att avsluta detta tillstånd av transparens. De ville inte bara identifiera besparingspotentialen utan också aktivt och automatiskt implementera dem. Lösningen hittades vid implementeringen av automatiserad energisystemhantering. Detta system, utvecklat av Specialist Factor4Solutions, är baserat på AI-baserad programvara och använder konceptet för den digitala tvillingen. Införandet av detta system möjliggjorde en grundläggande ny typ av kontroll av kylsystemet och mycket detaljerad energikontroll.

Genom att installera programvaran och de nödvändiga sensorerna blev alla energiflöden inom kylsystemet synliga och mätbara för första gången. Parametrar såsom volymflödet av kylnings- och kylvattnet, temperaturen vid olika punkter i systemet såväl som den exakta energiförbrukningen (elektricitet och distriktsuppvärmning) för varje enskild komponent- från absorbenter till kompressor och pumpar till returkylningen- registreras och utvärderas nu i realtid. Denna omfattande databas är nyckeln till optimering. Programvaran kan nu kontinuerligt analysera vilka operativstater som är mest ekonomiska. Ett enkelt men effektivt exempel på en sådan optimeringspotential, som upptäcks av det transparenta datainsamlingen, är kontrollen av pumpar. Pumpar i kalla system körs ofta oavsett det faktiska behovet med 100 procent volymflöde. Den detaljerade analysen visar emellertid att beroende på de nödvändiga kyltjänster och systemstatus, 60 procent eller till och med mindre också skulle vara tillräcklig. Manualen eller platthastigheten driver sådana enheter leder till en betydande, onödig kraftförbrukning.

Ett ofta förbisett problem i kalla system, som endast syns genom en detaljerad analys, är kraftförbrukningen för de så kallade hjälpenheterna. Pumpar, fläktar i returkylningen eller andra sidoagenter kan ha en liknande eller ännu högre elförbrukning än de faktiska kylproducenterna, särskilt om de inte är optimalt kontrollerade. I många växter är optimeringen också begränsad till den enskilda komponenten eller ett idealiserat driftstillstånd som sällan uppnås i verkligheten - vanligtvis i mindre än tre procent av alla driftstimmar. Som ett resultat slösas betydande mängder elektrisk energi under den dominerande operationen. Den riktade förbättringen av interaktionen mellan alla komponenter i ett system är exakt specialiteten för den implementerade lösningen.

Efter sex månader: konkreta framgångar och hög potential

Factor4Solutions intelligenta programvara bedriver en helhetssyn. Den betraktar inte alla komponenter isolerade, utan hela det kalla systemet som en dynamisk enhet. De energiska driftskostnaderna för alla relevanta aggregat - kalla producenter, pumpar, fläktar etc. - bedöms tillsammans. Detta möjliggörs genom användning av digitala tvillingar av de enskilda komponenterna och hela systemet. En digital tvilling är i princip en virtuell modell med hög exponering som återspeglar det verkliga systemet i realtid. Denna modell gör det möjligt för AI att beräkna olika driftsscenarier och kontinuerligt bestämma hur de enskilda komponenterna måste arbeta tillsammans för att uppnå maximal systemeffektivitet.

Systemet styrs inte längre av styva, fördefinierade scheman (t.ex. en viss maskin körs alltid som en basbelastning, en annan som en toppbelastning), men dynamisk och behovsorienterad. Valet och regleringen av enheterna väljs nu på grundval av de aktuella väderförhållandena (utomhusstemperatur), det faktiska kalla kravet och den bestämda effektiviteten. Genom standardiserade kommunikationsprotokoll levererar intelligent systemhantering de enskilda kylgeneratorerna och hjälpenheterna på ett riktat sätt och reglerar deras prestanda. Resultatet är ett företag som uppnår högsta möjliga effektivitet på systemnivån i varje tänkbar belastningssituation och under alla miljöförhållanden.

Effektiviteten av detta tillvägagångssätt visades av Stadtwerke Karlsruhe strax efter att testfasen var klar och full idrifttagning av systemet. Redan de första sex månaderna efter övergången till intelligent kontroll kunde de kommunala verktygen registrera en betydande minskning av elektrisk energiförbrukning - en besparing på över 20 procent jämfört med samma period föregående år. Denna effektivitetsförstärkning återspeglas i driftskostnaderna och ledde till en ekonomisk besparing i femsiffriga intervallet inom dessa sex månader.

Enligt experterna är detta dock bara början. De första sex månaderna av operationen under den nya kontrollen inkluderade också perioder där systemet delvis eller fullständigt baserades på den gamla, konventionella regleringen. Den fulla potentialen för den intelligenta lösningen utspelas under en fullständig årlig cykel, eftersom den optimala körstilen för de olika kalla generatorerna (absorbent, komprimering, fri kylning) beror starkt på säsongen, uteslutningstemperaturen och det specifika kalla kravet. Beräkningarna av Factor4Solutions, baserat på de första driftsdata och simuleringar med den digitala tvillingen, förutsäger en möjlig energibesparing på över 40 procent under ett helt driftsår. Detta ambitiösa mål är nu i sevärdheterna för Stadtwerke Karlsruhe.

Från barerna till Global: SMES erövrar världsmarknaden med en smart strategi - Bild: Xpert.Digital

Vid en tidpunkt då det digitala närvaron av ett företag beslutar om sin framgång, kan utmaningen med hur denna närvaro utformas autentiskt, individuellt och omfattande. Xpert.Digital erbjuder en innovativ lösning som positionerar sig som en korsning mellan ett industriellt nav, en blogg och en varumärkesambassadör. Den kombinerar fördelarna med kommunikations- och försäljningskanaler i en enda plattform och möjliggör publicering på 18 olika språk. Samarbetet med partnerportaler och möjligheten att publicera bidrag till Google News och en pressdistributör med cirka 8 000 journalister och läsare maximerar innehållet och synligheten för innehållet. Detta representerar en viktig faktor i extern försäljning och marknadsföring (symboler).

Mer om detta här:

• Äkta. Individuellt. Global: Xpert.Digital -strategin för ditt företag

100 procents operativ säkerhet genom intelligent övervakning

Förutom ren energieffektivitet och kostnadsminskning är företagets säkerhetssäkerhet av stor betydelse för en leverantör som Stadtwerke Karlsruhe. Den kontinuerliga tillgängligheten av kylan är särskilt obligatorisk när man levererar ett datacenter, där till och med kortvariga fel kan få allvarliga konsekvenser. Den intelligenta lösningen erbjuder en annan avgörande fördel här: systemet är inte bara inställt en gång och hanteras sedan sig, utan övervakas, kontrolleras och optimeras permanent av leverantörsfaktor4solutionerna.

Även om de kommunala verktygen också har sina egna övervakningssystem och kvalificerade personal, representerar den ytterligare, specialiserade vården av expertteamet från Factor4Solutions med deras djupa kunskap inom området för kylteknik och AI-baserad systemoptimering ett värdefullt tillägg. Den permanenta fjärrövervakningen med AI kan ofta känna igen avvikelser eller potentiella problem innan det leder. Tack vare den digitala tvillingen och jämförelsen i realtid av de aktuella driftsdata med modellens ideala tillstånd är det möjligt att identifiera avvikelser tidigt och proaktivt informera kunder om förestående fel eller nödvändiga underhållsåtgärder. Detta möjliggör ett förutsägbart underhåll och undviker oplanerade standarder. Garantin för affärsförmåga alltid är av grundläggande betydelse för Stadtwerke Karlsruhe, inte minst på grund av den avtalsenliga skyldigheten att leverera referenser, särskilt till det känsliga datacentret i Garden Carée.

Introduktion och integration av lösningen

Införandet och implementeringen av den intelligenta lösningen var smidig och okomplicerad ur det kommunala verktygets perspektiv. Samarbetet med den externa tjänsteleverantören, som redan övervakar mät- och kontrolltekniken för det kommunala verktyget, var viktigt.

Tillsammans identifierades och släpptes de datapunkter som krävs för installationen av programvaran. Faktor4Solutions, som kontrollerade lösningen från sin plats i Berlin från fjärrkontroll, hade tydligt kommunicerat i förväg vilka specifika datapunkter från systemets system som krävdes. Detta inkluderade till exempel volymflöden, temperaturer och de exakta värdena på värme- och kalla mätare.

Efter att dessa data tillhandahölls konfigurerades programvaran mycket snabbt. Systemet sattes i grunden inom en dag och kunde starta datainsamling och första analyser. Efter bara fyra till sex veckor var en första omfattande analys av systemdata tillgänglig. Baserat på den kunskap som erhållits från denna analys kan systemet vara ytterligare fint. Till exempel blev det tydligt vilka ytterligare datapunkter som skulle vara till hjälp för ännu mer exakt optimering, och systemet utvidgades och kalibrerades i enlighet därmed.

Denna relativt enkla och snabba integration gör tekniken intressant för en mängd olika applikationer och branscher, varhelst komplexa kylsystem används och deras effektivitet ska ökas.

Snabb amortering som ett starkt argument för utvidgningen av samarbetet

De positiva effekterna av intelligent kall optimering var mycket snabba och övertygande för Stadtwerke Karlsruhe. En titt på den årliga energiförbrukningen och kylproduktionen jämfört med föregående år, även om den nya kontrollen bara fungerade till hela räckvidden i sex månader, visade en betydande ökning i effektivitet och mätbar energibesparing.

Den ekonomiska överväganden är särskilt glädjande: systemets amorteringsperiod är anmärkningsvärt kort. De årliga kostnaderna som uppkommer för användning av programvaran och det pågående stödet av kylteknologispecialister från Factor4Solutions kompenseras redan av de energibesparingar som uppnåtts inom de första fem driftsmånaderna. Detta innebär att systemet redan genererar kostnadsbesparingar som går utöver systemkostnaderna från den sjätte månaden på året. Denna snabba avkastning på investeringen (ROI) är ett starkt argument för implementeringen av sådan teknik.

Med tanke på de positiva upplevelserna och den beprövade effektiviteten är det inte förvånande att Stadtwerke Karlsruhe inte bara överväger samarbetet med Factor4Solutions, utan redan genomför. Ett annat kallt leveranssystem från Stadtwerke övervakas nu också och optimeras av det intelligenta systemet. Dessutom driver de kommunala verktygen ett antal andra kalla system i olika storlekar och komplexitet, som potentiellt är berättigade till optimering av AI -lösningen. Eftersom tekniken har visat sig vara flexibel och integrerad i nästan alla vanliga kalla system, är chansen bra att betydande analyser, transparensvinster och annan besparingspotential också kan realiseras i dessa system genom att använda AI och digitala tvillingar.

Projektet i Garden Carée i Karlsruhe är ett framgångsrikt exempel på hur modern digital teknik - i synnerhet konstgjord intelligens och digitala tvillingar - kan revolutionera energieffektiviteten inom ett traditionellt energi -intensivt område som kylning. Genom att konvertera operativsystem till transparenta, intelligent kontrollerade system kan energileverantörer inte bara spara betydande driftskostnader, utan också öka driftsäkerheten och ge ett viktigt bidrag till minskningen av energiförbrukningen och därmed till klimatskydd. Framgången på Stadtwerke Karlsruhe visar att investeringar i smarta, databaserade optimeringssystem snabbt förväntar sig och banar vägen för en mer hållbar och effektiv energiförsörjning. De ursprungligen imponerande besparingarna på över 20 procent och den förutsagda potentialen på över 40 procent understryker den enorma potentialen som är intelligent kontroll och nätverk av energisystem.

☑ SME -stöd i strategi, rådgivning, planering och implementering

☑ skapande eller omjustering av den digitala strategin och digitaliseringen

☑ Expansion och optimering av de internationella försäljningsprocesserna

☑ Globala och digitala B2B -handelsplattformar

☑ Pioneer Business Development

Konrad Wolfenstein

Jag hjälper dig gärna som personlig konsult.

Du kan kontakta mig genom att fylla i kontaktformuläret nedan eller helt enkelt ringa mig på +49 89 674 804 (München) .

Jag ser fram emot vårt gemensamma projekt.

Xpert.Digital är ett nav för bransch med fokus, digitalisering, maskinteknik, logistik/intralogistik och fotovoltaik.

Med vår 360 ° affärsutvecklingslösning stöder vi välkända företag från ny verksamhet till efter försäljning.

Marknadsintelligens, smarketing, marknadsföringsautomation, innehållsutveckling, PR, postkampanjer, personliga sociala medier och blyomsorg är en del av våra digitala verktyg.

Du kan hitta mer på: www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus