Інтелектуальне холодне виробництво: приклад застосованих AI та цифрових близнюків у Карлсрухе Штадтверке

Комунальне господарство Карлсруе: Інтелектуальні системи міського охолодження

Потреба в більш ефективному використанні енергії стає дедалі важливішою в часи зміни клімату та зростання цін на енергоносії. Це стосується не лише опалення та електропостачання, але й охолодження, яке є незамінним, особливо в сучасних густонаселених міських районах та для спеціалізованих застосувань, таких як центри обробки даних чи медичні заклади. Муніципальні постачальники енергії, такі як Stadtwerke Karlsruhe, несуть особливу відповідальність у цьому відношенні. Вони повинні не лише гарантувати безпеку постачання, але й знаходити інноваційні способи зниження експлуатаційних витрат, одночасно сприяючи сталому розвитку. Вражаючим прикладом того, як цього можна досягти, є оптимізація охолодження для об'єкта GartenCarée в Карлсруе за допомогою передових цифрових технологій.

Як муніципальне комунальне підприємство з приблизно 1100 співробітниками, Stadtwerke Karlsruhe надійно постачає понад 400 000 людей у ​​регіоні важливими джерелами енергії, такими як електроенергія, природний газ, централізоване теплопостачання та питна вода. Частина цього широкого кола обов'язків включає експлуатацію та обслуговування складних енергетичних систем для великих будівельних комплексів, таких як система охолодження для GartenCarée. Цей комплекс є багатофункціональним будівельним комплексом, що містить квартири, офісні приміщення, медичні установи, торгові точки, ресторани та критично важливий центр обробки даних. Безперебійне та кероване потребами постачання охолодження є важливим для безперебійної роботи всіх установок.

Існуюча система охолодження в GartenCarée аж ніяк не проста за своєю конструкцією. Вона поєднує різні технології, щоб забезпечити максимально гнучке та потенційно енергоефективне постачання. В її основі лежать три абсорбційні чилери, які мають перевагу в можливості працювати не на дорогому електроенергії, а на екологічно чистому централізованому теплопостачання або навіть на відпрацьованому теплі з сусіднього нафтопереробного заводу. Ця система доповнюється звичайним компресійним чилером з двома компресорами, який використовується, коли потреба в охолодженні висока або за певних умов експлуатації, а також градирнею, яка розсіює надлишкове тепло в навколишнє середовище.

Незважаючи на принципову можливість гнучкого реагування на потреби в охолодженні та зовнішню температуру шляхом комбінування різних джерел енергії, комунальне підприємство Карлсруе зіткнулося зі спільною проблемою: відсутністю детальної прозорості щодо фактичного споживання енергії всією системою та взаємодії окремих компонентів. До впровадження розумного рішення розуміння ефективності по суті обмежувалося річним балансом. Хоча наприкінці року можна було визначити, скільки мегават-годин охолодження було вироблено та скільки електроенергії та централізованого опалення було використано загалом, детальний аналіз того, який компонент споживав скільки енергії в який час і чи це було в оптимальній пропорції до виробленого охолодження, був неможливим. Відповідальні особи комунального підприємства влучно охарактеризували цю ситуацію як своєрідний «політ наосліп», оскільки потенціал для цілеспрямованої оптимізації залишався значною мірою прихованим.

Мета проекту: Більша прозорість та значне підвищення ефективності

Тому чіткою метою комунальних служб Карлсруе було покінчити з цією відсутністю прозорості. Вони хотіли не лише визначити потенційні можливості економії, а й активно та автоматично впроваджувати їх. Рішення полягало у впровадженні автоматизованої системи управління енергетичною системою. Ця система, розроблена спеціалізованою компанією Factor4Solutions, базується на програмному забезпеченні на основі штучного інтелекту та використовує концепцію цифрового двійника. Впровадження цієї системи дозволило запровадити принципово новий спосіб керування холодильною системою, а також високодетальний моніторинг енергії.

Встановлення програмного забезпечення та необхідних датчиків вперше зробило всі потоки енергії в холодильній системі видимими та детально вимірними. Такі параметри, як об'ємна витрата охолодженої та холодної води, температури в різних точках системи та точне споживання енергії (електроенергії та централізованого опалення) кожного окремого компонента – від абсорберів до компресорів і насосів, аж до градирні – тепер записуються та аналізуються в режимі реального часу. Ця комплексна база даних є ключем до оптимізації. Програмне забезпечення тепер може постійно аналізувати, які умови роботи є найекономічнішими. Простим, але ефективним прикладом такого потенціалу оптимізації, що виявляється завдяки прозорому збору даних, є керування насосом. Часто насоси в холодильних системах працюють на 100 відсотках об'ємної витрати незалежно від фактичного попиту. Однак детальний аналіз показує, що залежно від необхідної холодопродуктивності та стану системи, часто достатньо 60 відсотків або навіть менше. Ручне або незмінне керування такими агрегатами призводить до значного, непотрібного споживання електроенергії.

Часто недооціненою проблемою в холодильних системах, яка стає очевидною лише після детального аналізу, є споживання енергії допоміжним обладнанням. Насоси, вентилятори в градирні або інші допоміжні агрегати іноді можуть споживати аналогічну або навіть більшу кількість енергії, ніж фактичні холодильні агрегати, особливо якщо вони не керуються оптимально. Крім того, в багатьох системах оптимізація обмежується окремими компонентами або ідеалізованим робочим станом, який рідко досягається в реальності – зазвичай менш ніж у три відсотки всіх робочих годин. Це призводить до значних втрат електроенергії протягом більшої частини робочого часу. Цілеспрямоване покращення взаємодії всіх компонентів системи є саме особливістю впровадженого рішення.

Після шести місяців: Відчутні успіхи та високий потенціал

Інтелектуальне програмне забезпечення Factor4Solutions використовує цілісний підхід. Воно розглядає не кожен компонент окремо, а всю холодильну систему як динамічний блок. Споживання енергії всіма відповідними блоками – чилерами, насосами, вентиляторами тощо – оцінюється разом. Це стало можливим завдяки використанню цифрових двійників окремих компонентів і всієї системи. Цифровий двійник – це, по суті, віртуальна високоточна модель, яка відображає реальну систему в режимі реального часу. Ця модель дозволяє штучному інтелекту розраховувати різні сценарії роботи та постійно визначати, як окремі компоненти ідеально повинні працювати разом для досягнення максимальної ефективності системи.

Система більше не керується за жорсткими, заздалегідь визначеними схемами (наприклад, одна конкретна машина завжди працює як базове навантаження, інша – як пікове), а динамічно та на основі потреб. Вибір та керування агрегатами тепер базується на поточних погодних умовах (зовнішній температурі), фактичному потребі в охолодженні та визначеній ефективності. Використовуючи стандартизовані протоколи зв'язку, інтелектуальна система управління системою вибірково активує та регулює потужність окремих чилерів та допоміжних агрегатів. Результатом є робота, яка досягає максимально можливої ​​ефективності на системному рівні в будь-якій можливій ситуації навантаження та за будь-яких умов навколишнього середовища.

Ефективність цього підходу стала очевидною в комунальному підприємстві Карлсруе невдовзі після завершення тестової фази та повного введення системи в експлуатацію. Протягом перших шести місяців переходу на інтелектуальне керування комунальне підприємство зафіксувало значне скорочення річного споживання електроенергії – економію понад 20 відсотків порівняно з аналогічним періодом попереднього року. Це підвищення ефективності безпосередньо відображається на експлуатаційних витратах і вже призвело до п'ятизначної фінансової економії протягом перших шести місяців.

Але, за словами експертів, це лише початок. Перші шість місяців роботи за новою системою керування також включали періоди, коли система частково або повністю працювала за старою, традиційною системою керування. Повний потенціал інтелектуального рішення розкривається протягом повного річного циклу, оскільки оптимальний режим роботи різних чилерів (абсорбційний, компресійний, вільне охолодження) значною мірою залежить від пори року, температури зовнішнього повітря та питомого потреби в охолодженні. Розрахунки Factor4Solutions, засновані на початкових експлуатаційних даних та моделюванні за допомогою цифрового двійника, прогнозують потенційну економію енергії понад 40 відсотків протягом повного операційного року. Ця амбітна мета тепер твердо стоїть перед муніципальним комунальним підприємством Карлсруе.

Від барів до глобального: МСП завойовують світовий ринок розумною стратегією - Зображення: xpert.digital

У той час, коли цифрова присутність компанії вирішує її успіх, виклик, як ця присутність може бути розроблена автентично, індивідуально та широко. Xpert.digital пропонує інноваційне рішення, яке позиціонує себе як перехрестя між промисловим центром, блогом та послом бренду. Він поєднує переваги каналів комунікації та продажів на одній платформі та дозволяє публікувати 18 різних мов. Співпраця з порталами -партнерами та можливість публікувати внески в Google News та дистриб'ютора преси з близько 8000 журналістів та читачів максимізують охоплення та видимість вмісту. Це є важливим фактором зовнішніх продажів та маркетингу (символи).

Детальніше про це тут:

• Автентичний. Індивідуально. Глобальний: стратегія Xpert.digital для вашої компанії

100-відсоткова експлуатаційна надійність завдяки інтелектуальному моніторингу

Окрім чистої енергоефективності та зниження витрат, експлуатаційна надійність системи має першорядне значення для комунальної компанії, такої як Stadtwerke Karlsruhe. Особливо під час постачання центру обробки даних, де навіть короткочасні перебої можуть мати серйозні наслідки, безперервна доступність охолодження є абсолютно необхідною. Інтелектуальне рішення пропонує ще одну вирішальну перевагу: система не лише налаштовується один раз, а потім управляється незалежно, але й постійно контролюється, тестується та оптимізується дистанційно постачальником Factor4Solutions.

Хоча комунальне підприємство має власні системи моніторингу та кваліфікований персонал, додаткова спеціалізована підтримка з боку команди експертів Factor4Solutions, яка має глибокі знання в галузі холодильних технологій та оптимізації систем за допомогою штучного інтелекту, є цінним доповненням. Завдяки постійному дистанційному моніторингу за допомогою штучного інтелекту система часто може виявляти аномалії або потенційні проблеми до того, як вони призведуть до несправності. Завдяки цифровому двійнику та порівнянні поточних експлуатаційних даних з ідеальним станом моделі в режимі реального часу, відхилення можна виявити на ранній стадії, а клієнтів можна завчасно інформувати про майбутні збої або необхідні заходи з технічного обслуговування. Це дозволяє проводити прогнозне технічне обслуговування та уникати незапланованих простоїв. Забезпечення постійної готовності до експлуатації має фундаментальне значення для комунального підприємства Карлсруе, не в останню чергу через його договірне зобов'язання постачати охолодження, зокрема, до чутливого центру обробки даних у ГартенКаре.

Впровадження та інтеграція рішення

З точки зору комунального підприємства, впровадження та реалізація розумного рішення пройшли гладко та без ускладнень. Співпраця із зовнішнім постачальником послуг, який вже керує технологією вимірювання та контролю комунального підприємства, була важливою в цьому процесі.

Разом було визначено та затверджено точки даних, необхідні для налаштування програмного забезпечення. Factor4Solutions, яка дистанційно керує рішенням зі свого берлінського офісу, заздалегідь чітко повідомила, які конкретні точки даних із системи керування заводом потрібні. До них належали, наприклад, витрати, температури та точні показники лічильників тепла та холоду.

Після надання цих даних програмне забезпечення було налаштовано дуже швидко. Протягом дня система була в основному налаштована та могла розпочати збір даних та початковий аналіз. Всього через чотири-шість тижнів був доступний перший комплексний аналіз даних заводу. На основі висновків, отриманих в результаті цього аналізу, систему можна було додатково налаштувати. Наприклад, стало зрозуміло, які додаткові точки даних будуть корисними для ще точнішої оптимізації, і систему було відповідно розширено та відкалібровано.

Ця відносно проста та швидка інтеграція робить технологію принципово цікавою для широкого кола застосувань та галузей промисловості, де використовуються складні системи охолодження, і їхня ефективність потребує підвищення.

Швидка амортизація як вагомий аргумент для розширення співпраці

Позитивний вплив інтелектуальної оптимізації охолодження став очевидним дуже швидко та переконливо для комунальних підприємств Карлсруе. Порівняння річного споживання енергії та виробництва холоду з попереднім роком, навіть попри те, що нова система керування повністю працювала лише шість місяців, вже показало значне підвищення ефективності та вимірну економію енергії.

Особливо обнадійливим є економічний аспект: термін амортизації системи надзвичайно короткий. Річні витрати на використання програмного забезпечення та постійну підтримку з боку спеціалістів з холодильного обладнання Factor4Solutions компенсуються економією енергії, досягнутою протягом перших п'яти місяців експлуатації. Це означає, що з шостого місяця року система генерує чисту економію витрат, яка перевищує початкові витрати на систему. Така швидка окупність інвестицій (ROI) є переконливим аргументом на користь впровадження таких технологій.

З огляду на позитивний досвід та доведене підвищення ефективності, не дивно, що комунальне підприємство Карлсруе не лише розглядає можливість розширення співпраці з Factor4Solutions, а й вже впроваджує її. Ще одна система охолодження комунального підприємства тепер також керується та оптимізується за допомогою інтелектуальної системи. Крім того, комунальне підприємство експлуатує низку інших систем охолодження різного розміру та складності, які потенційно підходять для оптимізації за допомогою рішення на основі штучного інтелекту. Оскільки технологія довела свою гнучкість та інтегрованість практично в усі поширені системи охолодження, існує велика ймовірність того, що значний аналіз, підвищення прозорості та подальший потенціал економії також можуть бути реалізовані в цих системах завдяки використанню штучного інтелекту та цифрових двійників.

Проєкт у GartenCarée в Карлсруе є успішним прикладом того, як сучасні цифрові технології, особливо штучний інтелект та цифрові двійники, можуть революціонізувати енергоефективність у традиційно енергоємному секторі, такому як холодильне обладнання. Перетворюючи операційні об'єкти на прозорі, інтелектуально керовані системи, постачальники енергії можуть не лише досягти значної економії експлуатаційних витрат, але й підвищити експлуатаційну надійність та зробити життєво важливий внесок у скорочення споживання енергії, а отже, захист клімату. Успіх муніципального комунального підприємства Карлсруе демонструє, що інвестиції в інтелектуальні, керовані даними системи оптимізації швидко окуповуються та прокладають шлях до більш сталого та ефективного енергопостачання. Початкова вражаюча економія понад 20 відсотків та прогнозований потенціал понад 40 відсотків підкреслюють величезний потенціал, властивий інтелектуальному керуванню та мережевій взаємодії енергетичних систем.

☑ Підтримка МСП у стратегії, порадах, плануванні та впровадженні

☑ Створення або перестановка цифрової стратегії та оцифрування

☑ Розширення та оптимізація міжнародних процесів продажів

☑ Глобальні та цифрові торгові платформи B2B

☑ Піонерський розвиток бізнесу

Konrad Wolfenstein

Я радий допомогти вам як особистого консультанта.

Ви можете зв’язатися зі мною, заповнивши контактну форму нижче або просто зателефонуйте мені за номером +49 89 674 804 (Мюнхен) .

Я з нетерпінням чекаю нашого спільного проекту.

Xpert.digital - це центр для промисловості з фокусом, оцифруванням, машинобудуванням, логістикою/внутрішньологічною та фотоелектричною.

За допомогою нашого рішення щодо розвитку бізнесу на 360 ° ми підтримуємо відомі компанії від нового бізнесу до після продажу.

Ринкова розвідка, маха, автоматизація маркетингу, розвиток контенту, PR, поштові кампанії, персоналізовані соціальні медіа та виховання свинцю є частиною наших цифрових інструментів.

Ви можете знайти більше на: www.xpert.digital - www.xpert.solar - www.xpert.plus