Vatajankoski optimiert das Fernwärmesystem in Kankaanpää mit Gradyents Echtzeit-Digitalem Zwilling

Das finnische New-Energy-Unternehmen Vatajankoski arbeitet seit 2022 mit Gradyent zusammen, um sein Wärmesystem zu optimiere. Das Ziel ist Wärmeverluste, Energiekosten und CO₂-Emissionen zu senken. Der Echtzeit Digitale Zwilling liefert den Betreiber:innen ein umfassendes Verständnis des Netzverhaltens in Echtzeit, um Probleme frühzeitig zu erkennen sowie Vorlauftemperaturen und den Betrieb des Erzeugungsportfolios zu optimieren. Zudem nutzt das Unternehmen Gradyents Abnehmermodul, um die Leistung der Abnahmestationen zu verbessern und verschiedene Szenarien zu simulieren. Hierbei ist das Ziel die CAPEX-Investitionen abzusichern. 

Herausforderung 

Vatajankoski ist ein finnisches New-Energy-Unternehmen, das rund 8.000 Kunden in den Städten Kankaanpää und Niinisalo mit Wärme versorgt und jährlich etwa 80 GWh thermische Energie liefert. 

Das Energieerzeugungsportfolio von Vatajankoski umfasst ein KWK-Anlage (Kraft-Wärme-Kopplung), die mit einem biomassebasierten Brennstoffmix betrieben wird, mehrere Wärmepumpen, einen Elektrokessel, öl- und gasbetriebene Spitzenlast- und Reservekessel sowie Wärmespeicher, um die Flexibilität des Systems zu erhöhen. 

Darüber hinaus nutzt das Unternehmen Abwärme aus mehreren Rechenzentren und einer Gipsplattenfabrik und bringt im Frühjahr einen neuen E-Boiler in Betrieb. 

Vatajankoski verfolgt einen ehrgeizigen Plan, sämtliche CO₂-Emissionen aus dem Fernwärmenetz in Kankaanpää und Niinisalo zu eliminieren. 

Um Wärmeverluste, Energiekosten und CO₂-Emissionen gleichzeitig zu senken, benötigte das Unternehmen eine Lösung, die eine Echtzeit-Übersicht über das Netz sowie operative Exzellenz weit über die Möglichkeiten herkömmlicher Softwarelösungen hinaus bietet. 

Lösung

Vatajankoski entschied sich für eine Partnerschaft mit Gradyent und den Einsatz der Echtzeit Digitaler Zwilling, um ein Projekt zu starten, das sich auf die Minimierung von Wärmeverlusten durch Optimierung der Vorlauftemperaturen und den effizienten Betrieb des Erzeugungsportfolios mit Quellensteuerungs-Optimierung konzentriert. 

Die Lösung fokussierte sich auf mehrere Bereiche: 

Einblicke für die Echtzeit-Optimierung des Netzes 

Der Digitale Zwilling von Gradyent unterstützt die Betreiber:innen des Unternehmens dabei, das Verhalten ihres Netzes in Echtzeit vollständig zu verstehen und somit Probleme mit Differenzdrücken und Temperaturen an verschiedenen Netzpunkten schnell zu identifizieren. 

Neben der Bereitstellung von Echtzeit-Einblicken optimiert der Digitale Zwilling den Netzbetrieb, indem er den Betreiber:innen einen 24-Stunden-Fahrplan für Vorlauftemperaturen und Durchflusssollwerte liefert. 

Der Betriebsfahrplan wird alle 15 Minuten aktualisiert, um sicherzustellen, dass die Optimierung Veränderungen in der prognostizierten Wärmenachfrage, den Brennstoffkosten und dem Strompreis berücksichtigt und gleichzeitig gewährleistet, dass alle Kund:innen ihre vertraglich zugesicherten Temperaturen erhalten und alle Quellbeschränkungen eingehalten werden. 

Überwachung und Verbesserung der Systemleistung 

Vatajankoski erkennt, dass eine echte Systemoptimierung nur mit Transparenz über das gesamte Netz hinweg möglich ist, von der Wärmeerzeugung bis zu den Endverbrauchern. Mit dem Nutzermodul von Gradyent kann Vatajankoski verbrauchsseitige Anlagen identifizieren, die nicht optimal arbeiten, deren Einfluss auf die Gesamtleistung des Systems verstehen und gezielte Verbesserungsmaßnahmen priorisieren. 

Wir haben uns aus mehreren Gründen für Gradyent als Partner entschieden. Wir sind überzeugt, dass das Unternehmen über das nötige Wissen im Bereich Künstliche Intelligenz (KI) verfügt, nicht nur zur Optimierung des Fernwärmenetzes, sondern auch zur effizienten Integration verschiedenster Wärmequellen und Speicher zu jedem beliebigen Zeitpunkt. 

Effiziente Planung und Szenarioanalysen 

Die oben genannten Funktionen sind entscheidend für die Optimierung des bestehenden Netzes. Doch wie sieht es mit der Simulation zukünftiger Szenarien aus, etwa neue Anschlussnehmer, Netzerweiterungen, neue Wärmequellen, die Ergänzung von Pumpstationen oder andere Systemänderungen? 

Vatajankoski hat genau dafür den Digitalen Zwilling genutzt. Unter den untersuchten Szenarien waren unter anderem eine neue Leitung zur Versorgung zusätzlicher Nutzer, die Integration von Elektrokesseln in das bestehende Erzeugungsportfolio sowie die Nutzung von Abwärme aus einem geplanten Rechenzentrum. 

Durch die Analyse dieser Szenarien mit dem Digitalen Zwilling konnte Vatajankoski wertvolle Erkenntnisse darüber gewinnen, wie sich die geplanten Änderungen auf Netzverhalten, Wirtschaftlichkeit und Betrieb auswirken würden. 

Verständnis der Auswirkungen einer Netzerweiterung 

Eines der Szenarien beinhaltete eine 6 Kilometer lange Erweiterung des Fernwärmenetzes, um neue Nutzer im Norden von Kankaanpää anzuschließen. Gradyent unterstützte Vatajankoski dabei, die Auswirkungen dieser Erweiterung auf das Gesamtsystem zu verstehen und die neue 6-Kilometer-Leitung korrekt zu dimensionieren. 

Eine der größten Sorgen von Vatajankoski war die Frage, ob durch die Erweiterung Engpässe im Netz entstehen würden. Durch die Simulation von Drücken, Durchflüssen und Temperaturen im gesamten Netz konnte der Digitale Zwilling zeigen, dass die Erweiterung nicht zu Engpässen führen würde. 

Nutzung von Abwärme und Einführung von Elektrokesseln 

Darüber hinaus wollte Vatajankoski die wirtschaftlichen und betrieblichen Auswirkungen der Nutzung von Abwärme aus einem Rechenzentrum sowie der Einführung von Elektrokesseln untersuchen. Der Digitale Zwilling von Gradyent konnte die wirtschaftlichen Effekte verschiedener Einsatzstrategien schnell analysieren und zeigte, dass die neuen Quellen die Betriebskosten um 43 % senken könnten. 

Der Schlüssel zu diesen Einsparungen liegt darin, die Elektrokessel nur dann zu betreiben, wenn die Strompreise niedrig sind und bei hohen Strompreisen die bestehende KWK-Anlage bevorzugt zur Wärmeerzeugung einzusetzen. 

Ergebnisse 

Die Partnerschaft zwischen Vatajankoski und Gradyent sowie der Einsatz der Digital Twin Plattform führten zu bedeutenden Fortschritten bei der Optimierung und dem Betrieb des Fernwärmenetzes. 

Nach einer erfolgreichen zweijährigen Zusammenarbeit unterzeichnete Vatajankoski einen sechsjährigen Vertrag mit Gradyent, um die Optimierung fortzusetzen und die Fernwärmenetze zukunftssicher aufzustellen. 

Durch die Implementierung des Digitalen Zwillings von Gradyent erreichte Vatajankoski eine durchgängige Transparenz über das gesamte Netz von den Wärmeerzeugungsquellen bis zu den Endverbrauchern. 

Die Optimierungsmodule des Digitalen Zwillings zielen darauf ab, die Wärmeverluste im Netz zu verringern, die betrieblichen Gesamtkosten der Wärmeerzeugung zu minimieren und die CO₂-Emissionen des Gesamtsystems zu senken. 

Echtzeit-Optimierung des Netzes 

Der Digitale Zwilling liefert den Betreiber:innen von Vatajankoski Echtzeit-Einblicke in das Netzverhalten und ermöglicht es ihnen, Probleme mit Differenzdrücken und Temperaturen an verschiedenen Stellen im Netz zu erkennen und zu beheben. 

Um die Betriebskosten zu minimieren, die Versorgungssicherheit zu gewährleisten und den Betrieb in den kommenden Stunden und Tagen vorherzusagen, ist ein umfassendes Verständnis des gesamten Netzes erforderlich, einschließlich seiner Kopplung mit dem Stromsystem. 

Überwachung der Systemleistung 

Das Nutzermodul von Gradyent ermöglichte es Vatajankoski, verbrauchsseitige Geräte zu identifizieren, die nicht optimal arbeiten, deren Einfluss auf die Gesamtleistung des Systems zu verstehen und gezielte Verbesserungsmaßnahmen zu priorisieren. 

Effiziente Planungsszenarien 

Vatajankoski nutzte den Digitalen Zwilling, um verschiedene Szenarien zu simulieren., darunter Netzerweiterungen, neue Kundenanschlüsse und die Integration neuer Wärmequellen. Diese Fähigkeit lieferte wertvolle Einblicke in die möglichen Auswirkungen auf Netzverhalten, Wirtschaftlichkeit und Betrieb. 

Im Rahmen dieser Planungsszenarien untersuchte Vatajankoski unter anderem die Einführung von Elektrokesseln in sein Erzeugungsportfolio. Die E-Kessel des Unternehmens sind mittlerweile in Betrieb und bereit, den Elektrifizierungsanteil der Wärmeerzeugung bei Vatajankoski zu erhöhen. 

Diese Ergebnisse unterstreichen den erfolgreichen Einsatz des Digitalen Zwillings von Gradyent zur Optimierung des Fernwärmenetzes von Vatajankoski, durch Echtzeit-Anpassungen, strategische Priorisierung und effiziente Szenarioanalysen für zukünftige Netzentwicklungen. 

Die nächsten Projektschritte konzentrieren sich auf die vollständige Integration des Digitalen Zwillings in die Betriebsprozesse von Vatajankoski im sogenannten Co-Pilot-Modus.