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

Karlsruhe kommunala energibolag: Intelligenta system för kylning i städer

Behovet av att använda energi mer effektivt blir allt viktigare i tider av klimatförändringar och stigande energikostnader. Detta gäller inte bara uppvärmning och elförsörjning, utan även kylning, vilket är oumbärligt, särskilt i moderna, tätbefolkade stadsområden och för specialiserade tillämpningar som datacenter eller medicinska anläggningar. Kommunala energileverantörer, såsom Stadtwerke Karlsruhe, har ett särskilt ansvar i detta avseende. De måste inte bara garantera försörjningstrygghet, utan också hitta innovativa sätt att minska driftskostnaderna och samtidigt bidra till hållbarhet. Ett imponerande exempel på hur detta kan uppnås är optimeringen av kylningen för GartenCarée-anläggningen i Karlsruhe med hjälp av avancerad digital teknik.

Som ett kommunalt energibolag med cirka 1 100 anställda förser Stadtwerke Karlsruhe pålitligt över 400 000 människor i regionen med viktiga energikällor som el, naturgas, fjärrvärme och dricksvatten. En del av detta breda ansvarsområde inkluderar drift och underhåll av komplexa energisystem för stora byggnadskomplex, såsom kylsystemet för GartenCarée. Detta komplex är ett multifunktionellt byggnadskomplex som inrymmer en blandning av lägenheter, kontorslokaler, läkarmottagningar, butiker, restauranger och ett kritiskt datacenter. En oavbruten och behovsstyrd kylförsörjning är avgörande för en smidig drift av alla enheter.

Det befintliga kylsystemet hos GartenCarée är inte på något sätt enkelt i sin design. Det kombinerar olika tekniker för att möjliggöra den mest flexibla och potentiellt energieffektiva försörjningen som möjligt. Kärnan är tre absorptionskylmaskiner, som erbjuder fördelen att de inte kan drivas med dyr el, utan med miljövänlig fjärrvärme eller till och med spillvärme från ett närliggande raffinaderi. Detta system kompletteras av en konventionell kompressionskylmaskin med två kompressorer, som används när kylbehovet är högt eller under specifika driftsförhållanden, samt ett kyltorn som avleder överskottsvärme till omgivningen.

Trots den grundläggande möjligheten att flexibelt reagera på kylbehov och utomhustemperaturer genom att kombinera olika energikällor, stod Karlsruhes kommunala energibolag inför en gemensam utmaning: brist på detaljerad transparens gällande hela systemets faktiska energiförbrukning och samspelet mellan de enskilda komponenterna. Innan en smart lösning implementerades var insikterna i effektivitet i huvudsak begränsade till den årliga balansräkningen. Även om det var möjligt att i slutet av året fastställa hur många megawattimmar kyla som producerades och hur mycket el och fjärrvärme som förbrukades totalt, var en detaljerad analys av vilken komponent som förbrukade hur mycket energi vid vilken tidpunkt och om detta stod i optimal proportion till den producerade kylningen inte möjlig. De ansvariga på det kommunala energibolaget beskrev träffande denna situation som ett slags "flygande blind", eftersom potentialen för riktade optimeringar till stor del förblev dold.

Projektmål: Ökad transparens och betydande effektivitetsvinster

Det tydliga målet för Karlsruhes kommunala energibolag var därför att få slut på denna brist på transparens. De ville inte bara identifiera potentiella besparingar utan också aktivt och automatiskt implementera dem. Lösningen låg i implementeringen av ett automatiserat system för energihantering. Detta system, utvecklat av specialisten Factor4Solutions, är baserat på AI-stödd programvara och använder konceptet med den digitala tvillingen. Införandet av detta system möjliggjorde ett fundamentalt nytt sätt att styra kylsystemet samt mycket detaljerad energiövervakning.

Installationen av programvaran och de nödvändiga sensorerna gjorde för första gången alla energiflöden inom kylsystemet synliga och mätbara i detalj. Parametrar som volymflödet för kyl- och kylvattnet, temperaturerna på olika punkter i systemet och den exakta energiförbrukningen (el och fjärrvärme) för varje enskild komponent – ​​från absorbatorer till kompressorer och pumpar, ända upp till kyltornet – registreras och analyseras nu i realtid. Denna omfattande databas är nyckeln till optimering. Programvaran kan nu kontinuerligt analysera vilka driftsförhållanden som är mest ekonomiska. Ett enkelt men effektivt exempel på sådan optimeringspotential, som avslöjas genom transparent datainsamling, är pumpstyrning. Ofta körs pumpar i kylsystem med 100 procents volymflöde oavsett faktisk efterfrågan. Detaljerad analys visar dock att, beroende på önskad kylkapacitet och systemtillstånd, räcker det med 60 procent eller ännu mindre. Manuell eller ovillkorlig drift av sådana enheter leder till betydande, onödig elförbrukning.

Ett ofta förbisedd problem i kylsystem, vilket bara blir uppenbart genom detaljerad analys, är strömförbrukningen hos hjälputrustning. Pumpar, fläktar i kyltornet eller andra hjälpenheter kan ibland förbruka liknande eller till och med mer ström än de faktiska kylenheterna, särskilt om de inte styrs optimalt. Dessutom är optimeringen i många system begränsad till enskilda komponenter eller till ett idealiserat driftläge som sällan uppnås i verkligheten – vanligtvis på mindre än tre procent av alla driftstimmar. Detta resulterar i att betydande mängder elektrisk energi går till spillo under större delen av driftstiden. Den riktade förbättringen av samspelet mellan alla systemkomponenter är just det som är specialiteten hos den implementerade lösningen.

Efter sex månader: Påtagliga framgångar och hög potential

Factor4Solutions intelligenta programvara har ett helhetsgrepp. Den betraktar inte varje komponent isolerat, utan hela kylsystemet som en dynamisk enhet. Energiförbrukningen för alla relevanta enheter – kylare, pumpar, fläktar etc. – utvärderas tillsammans. Detta möjliggörs genom användning av digitala tvillingar av de enskilda komponenterna och hela systemet. En digital tvilling är i huvudsak en virtuell, högprecisionsmodell som speglar det verkliga systemet i realtid. Denna modell gör det möjligt för AI:n att beräkna olika driftsscenarier och kontinuerligt avgöra hur de enskilda komponenterna idealiskt behöver samarbeta för att uppnå maximal systemeffektivitet.

Systemet styrs inte längre enligt rigida, fördefinierade scheman (t.ex. en specifik maskin körs alltid som baslast, en annan som topplast), utan dynamiskt och baserat på behov. Valet och styrningen av enheterna baseras nu på aktuella väderförhållanden (utetemperatur), det faktiska kylbehovet och den fastställda effektiviteten. Med hjälp av standardiserade kommunikationsprotokoll aktiverar och reglerar det intelligenta systemhanteringssystemet selektivt effekten från enskilda kylaggregat och hjälpenheter. Resultatet är en drift som uppnår högsta möjliga effektivitet på systemnivå i alla tänkbara belastningssituationer och under alla miljöförhållanden.

Effektiviteten av denna metod blev uppenbar hos Karlsruhe kommunala energibolag kort efter att testfasen avslutats och systemet tagits i bruk helt. Inom de första sex månaderna efter övergången till intelligent styrning noterade energibolaget en betydande minskning av den årliga elförbrukningen – en besparing på över 20 procent jämfört med samma period föregående år. Denna effektivitetsvinst återspeglas direkt i driftskostnaderna och har redan resulterat i femsiffriga ekonomiska besparingar under de första sex månaderna.

Men enligt experter är detta bara början. De första sex månaderna av driften under det nya styrsystemet inkluderade också perioder då systemet delvis eller helt kördes enligt de gamla, konventionella styrningarna. Den intelligenta lösningens fulla potential utvecklas över en hel årscykel, eftersom det optimala driftsläget för de olika kylmaskinerna (absorberare, kompression, frikylning) är starkt beroende av säsong, utetemperatur och det specifika kylbehovet. Beräkningar från Factor4Solutions, baserade på initiala driftsdata och simuleringar med den digitala tvillingen, förutspår potentiella energibesparingar på över 40 procent under ett helt driftsår. Detta ambitiösa mål har nu Karlsruhes kommunala energibolag tydligt siktet inställt.

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 driftsäkerhet genom intelligent övervakning

Förutom ren energieffektivitet och kostnadsreduktion är systemets driftsäkerhet av största vikt för ett energibolag som Stadtwerke Karlsruhe. Speciellt vid försörjning till ett datacenter, där även korta avbrott kan få allvarliga konsekvenser, är kontinuerlig tillgång till kylning absolut nödvändig. Den intelligenta lösningen erbjuder ytterligare en avgörande fördel här: Systemet installeras inte bara en gång och hanteras sedan oberoende, utan övervakas, testas och optimeras kontinuerligt på distans av leverantören Factor4Solutions.

Även om det kommunala energibolaget har egna övervakningssystem och kvalificerad personal, utgör det extra, specialiserade stödet från Factor4Solutions expertteam, med deras djupgående kunskap inom kylteknik och AI-stödd systemoptimering, ett värdefullt komplement. Genom kontinuerlig fjärrövervakning med hjälp av AI kan systemet ofta upptäcka avvikelser eller potentiella problem innan de leder till ett fel. Tack vare den digitala tvillingen och realtidsjämförelsen av aktuell driftsdata med modellens idealtillstånd kan avvikelser identifieras tidigt och kunder kan proaktivt informeras om förestående fel eller nödvändiga underhållsåtgärder. Detta möjliggör förutsägande underhåll och undviker oplanerade driftstopp. Att säkerställa driftberedskap hela tiden är av grundläggande betydelse för det kommunala energibolaget i Karlsruhe, inte minst på grund av dess avtalsenliga skyldighet att leverera kylning, särskilt till det känsliga datacentret i GartenCarée.

Introduktion och integration av lösningen

Ur det kommunala energibolagets perspektiv gick införandet och implementeringen av den smarta lösningen smidigt och utan komplikationer. Samarbete med den externa tjänsteleverantören, som redan hanterar energibolagets mät- och styrteknik, var avgörande i denna process.

Tillsammans identifierades och godkändes de datapunkter som krävdes för programvaruinstallationen. Factor4Solutions, som fjärrstyr lösningen från sin anläggning i Berlin, hade tydligt kommunicerat i förväg vilka specifika datapunkter från anläggningens styrsystem som behövdes. Dessa inkluderade till exempel flöden, temperaturer och exakta avläsningar från värme- och kylmätarna.

När dessa data hade tillhandahållits konfigurerades programvaran mycket snabbt. Inom en dag var systemet i princip klart och datainsamling och initial analys kunde påbörjas. Efter bara fyra till sex veckor fanns en första omfattande analys av anläggningsdata tillgänglig. Baserat på insikterna från denna analys kunde systemet finjusteras ytterligare. Till exempel blev det tydligt vilka ytterligare datapunkter som skulle vara till hjälp för ännu mer exakt optimering, och systemet utökades och kalibrerades därefter.

Denna relativt enkla och snabba integration gör tekniken fundamentalt intressant för en mängd olika tillämpningar och industrier, överallt där komplexa kylsystem används och deras effektivitet behöver ökas.

Snabb amortering som ett starkt argument för utökat samarbete

De positiva effekterna av intelligent kyloptimering blev mycket snabbt och övertygande tydliga för Karlsruhe kommunala energibolag. En jämförelse av årlig energiförbrukning och kylproduktion med föregående år, trots att det nya styrsystemet bara hade varit fullt driftsatt i sex månader, visade redan en betydande effektivitetsökning och mätbara energibesparingar.

Särskilt uppmuntrande är den ekonomiska aspekten: systemets amorteringstid är anmärkningsvärt kort. De årliga kostnaderna för att använda programvaran och det kontinuerliga stödet från Factor4Solutions kylspecialister uppvägs av de energibesparingar som uppnås under de första fem månaderna av drift. Det innebär att systemet från och med årets sjätte månad genererar nettokostnadsbesparingar som överstiger de initiala systemkostnaderna. Denna snabba avkastning på investeringen (ROI) är ett övertygande argument för att implementera sådan teknik.

Med tanke på de positiva erfarenheterna och de bevisade effektivitetsvinsterna är det ingen överraskning att Karlsruhes kommunala energibolag inte bara överväger att utöka sitt samarbete med Factor4Solutions, utan redan implementerar det. Ett annat av energibolagets kylsystem hanteras och optimeras nu också av det intelligenta systemet. Dessutom driver energibolaget ett antal andra kylsystem av varierande storlek och komplexitet som potentiellt är lämpliga för optimering med hjälp av AI-lösningen. Eftersom tekniken har visat sig vara flexibel och integrerad i praktiskt taget alla vanliga kylsystem finns det en god chans att betydande analyser, ökad transparens och ytterligare besparingspotential kan realiseras även i dessa system genom användning av AI och digitala tvillingar.

Projektet på GartenCarée i Karlsruhe är ett framgångsrikt exempel på hur modern digital teknik – särskilt artificiell intelligens och digitala tvillingar – kan revolutionera energieffektiviteten i en traditionellt energiintensiv sektor som kylning. Genom att omvandla driftsanläggningar till transparenta, intelligent styrda system kan energileverantörer inte bara uppnå betydande besparingar i driftskostnader utan också öka driftsäkerheten och bidra väsentligt till att minska energiförbrukningen och därmed skydda klimatet. Framgången hos Karlsruhes kommunala energibolag visar att investeringar i smarta, datadrivna optimeringssystem snabbt betalar sig själva och banar väg för en mer hållbar och effektiv energiförsörjning. De initialt imponerande besparingarna på över 20 procent och den beräknade potentialen på över 40 procent understryker den enorma potentialen som finns i intelligent styrning och nätverksbyggande 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