Digitaler Zwilling sorgt für Energieoptimierung

Wissen aus Daten ziehen – mit Data Science können Anlagen und Prozesse effizienter, wirtschaftlicher und nachhaltiger gestaltet werden. Ein Erfolgsbeispiel ist die energieoptimale Steuerung eines Rückkühlwerks im Industriepark Höchst mit der Unterstützung eines digitalen Zwillings der Pumpensteuerung. 411 Megawattstunden und damit 173 Tonnen CO2 lassen sich bei der Anlage nun jährlich einsparen.

„Mithilfe Künstlicher Intelligenz und maschinellen Lernens können wir versteckte Muster in Daten finden, die zur Optimierung der Anlagenbetriebsweise und -verfügbarkeit beitragen“, erklärt Frank Mollard, Leiter Data Science & Data Engineering bei Infraserv Höchst, dem Standortbetreiber des Industrieparks. Er und sein Team nutzen statistische Methoden und mathematische Algorithmen, um das volle Potenzial der gewonnenen Daten auszuschöpfen.

Energieoptimale Steuerung des Rückkühlwerks

Das Team hat in enger Zusammenarbeit mit den Kolleginnen und Kollegen aus dem Betrieb Kälte/Kühlung/Wasser feingranulare Daten der eingesetzten Pumpen des Rückkühlwerks aus einem kompletten Jahr analysiert und interpretiert. Dabei zeigte sich: Die Pumpensteuerung konnte bislang nicht auf eine energieoptimierte Fahrweise ausgerichtet werden. Energieeinsparpotenziale ergeben sich, wenn der Bedarf an Wasser mit niedrigerer Leistung gedeckt werden kann. Bei günstiger Drehzahl der flexibel einsetzbaren Pumpe mit Frequenzumrichter sowie rechtzeitigem Umschalten lassen sich Verschleiß und Energieverbrauch erheblich reduzieren. Für die energieoptimale Steuerung des Rückkühlwerks wurde die Anlage als digitaler Zwilling – also als virtuelle Abbildung des Systems – nachgebaut. Der mathematische Algorithmus zeigt nun die optimale Pumpenkombination für den jeweiligen Bedarf an, um möglichst stromsparend und pumpenschonend zu agieren. Auch Komponenten wie eingebaute Klappen oder Restriktionen bezogen auf den Druck finden je nach Anforderung Berücksichtigung. Die virtuelle Nachbildung des Rückkühlwerkes ist mit einem mathematischen Baukastensystem zu vergleichen und kann daher auch auf andere Anlagen übertragen werden. Derzeit wird die entwickelte Methodik auf weitere Rückkühlwerke ausgerollt.

„Grundsätzlich sind die eingesetzten Prozessleitsysteme nur darauf ausgerichtet, den Betrieb sicherzustellen. Die Kollegen vor Ort hatten somit – trotz jahrelanger Erfahrung – gar keine Chance, das Optimierungspotenzial zu erkennen“, stellt Frank Mollard klar. Der Data-Science-Experte wurde von Jasmin Krimm, Betriebsassistentin bei Kälte/Kühlung/Wasser, hinzugeholt. Zu ihren Kernthemen im Job gehören Energieeffizienz und -optimierung. „Durch die Nutzung von Data Science können wir nun deutlich größere Schritte machen und arbeiten viel zielgerichteter“, sagt sie. „Das Programm dient als Unterstützungstool und ist eine wirksame Methode, Energieeffizienz im Routinebetrieb zeitsparend einzusetzen.“

Weitere Informationen finden Sie unter https://www.infraserv.com/case-pumpensteuerung .

Infraserv Höchst mit Sitz in Frankfurt am Main bietet als erfahrener Partner bei der Entwicklung von Forschungs- und Produktionsstandorten nachhaltige, intelligente und effiziente Lösungen für die chemische und pharmazeutische Industrie. Die Leistungsfelder des Unternehmens, das den Industriepark Höchst betreibt, umfassen die Versorgung mit Energien, Entsorgungsleistungen, den Betrieb von Netzen, Standortservices, Arbeits- und Gesundheitsschutz sowie den Umweltschutz und Facility Management. Die zur Infraserv Höchst-Gruppe gehörenden Tochtergesellschaften erbringen Services in den Bereichen Logistik, Bildung und Prozesstechnik.

Die Infraserv GmbH & Co. Höchst KG beschäftigt rund 2.100 Mitarbeiter und 200 Auszubildende. Zur Infraserv-Höchst-Gruppe gehören rund 3.000 Mitarbeiter und 230 Auszubildende. Im Jahr 2022 erzielte Infraserv Höchst inklusive der Tochtergesellschaften Infraserv Logistics, Infraserv Höchst Prozesstechnik, Provadis Partner für Bildung und Beratung und Thermal Conversion Compound einen Umsatz von rund 1,6 Milliarden Euro.

Der 460 Hektar große Industriepark Höchst ist Standort für rund 90 Unternehmen aus den Bereichen Pharma, Biotechnologie, Basis- und Spezialitäten-Chemie, Pflanzenschutz, Lebensmittelzusatzstoffe und Dienstleistungen. Rund 22.000 Menschen arbeiten hier. Die Summe der Investitionen seit dem Jahr 2000 beträgt ca. 8,5 Milliarden Euro.