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METRON - Blog

Digitalizzazione nell'agroalimentare: come ottimizzare un sistema di cogenerazione energetica?

Energy Efficiency

12/02/21 16.32

Una fabbrica di fecola asiatico ha ottimizzato il funzionamento di una caldaia rendendo possibile l'alimentazione di turbine di cogenerazione, destinate a produrre contemporaneamente elettricità e vapore a partire dal medesimo combustibile. La digitalizzazione di questa industria alimentare, a seguito dell'implementazione della soluzione METRON e della creazione di un gemello digitale dell'impianto per ottimizzare i costi dell'elettricità, ha consentito un risparmio di 90.000 $ in un anno. 

Digitalizzazione e agroalimentare: contesto e problematica della missione

Una fabbrica di fecola in Asia

L'impianto produce amido per l'industria alimentare: amido modificato, amido di zucchero, ecc. La sua bolletta energetica prima della digitalizzazione dei processi industriali era di 10,9 milioni di dollari per un consumo di elettricità di 55.000 MWh/anno e un consumo di carbone di 50.000 t/anno.

Per la sua produzione di energia, la fabbrica di amido è dotata di:

  • 1 caldaia a carbone;
  • 2 turbine (una a contro pressione, l'altra a condensazione) utilizzate per alimentare l'apparato di produzione del vapore e per produrre elettricità.

Il vapore necessario alle linee di produzione passa attraverso le turbine, ed è prodotto anche dalla caldaia. In caso di surplus, il vapore residuo viene utilizzato al 100% per generare elettricità. Il fabbisogno elettrico non coperto dai turbogeneratori viene importato direttamente dalla rete pubblica.

 

Cogeneration_VIT

 

Elettricità interna ed esterna 

  • 55 GWh di energia elettrica acquistata sulla rete esterna;
  • 25 GWh di energia elettrica autoprodotta dalle turbine dell'impianto.

La sfida principale della digitalizzazione della fabbrica agroalimentare consisteva nell'identificare le variabili con il maggiore impatto sul consumo di vapore e sfruttare al massimo la flessibilità degli asset esistenti. Con un parametro importante da tenere in considerazione: l'energia elettrica prodotta in loco corrisponde a un prezzo fisso, mentre l'energia importata dalla rete ha un costo variabile.

 

Digitalizzare e ottimizzare: la doppia sfida di METRON

Il progetto di digitalizzazione dei processi di cogenerazione doveva soddisfare un duplice obiettivo: 

  • digitalizzare la gestione dell'energia sul perimetro del sito (produzione e utility) e monitorare i KPI in tempo reale per rilevare eventuali scostamenti;
  • ottimizzare il mix energetico tra autoproduzione e consumo esterno di energia elettrica assorbita dalla rete, nell'ottica di ridurre il costo totale del fabbisogno energetico.

PRIMA DI METRON: gestione energetica “manuale”

Per definire le regole di pilotaggio gestione si effettuava un follow-up mensile su file Excel. I KPI analizzati riguardavano principalmente la produzione con il monitoraggio dei consumi di vapore, e del volume di carbone utilizzato.

La produzione di vapore era costante, indipendentemente dai costi di produzione e dai costi dell'energia elettrica importata dalla rete. Il vapore in eccesso era poi recuperato nei turbogeneratori per la produzione di energia elettrica.

 

Implementazione della soluzione METRON

L'implementazione della soluzione METRON ha richiesto meno di 4 mesi.

Definizione dell'architettura e raccolta dei dati

Dopo essersi collegati ai sistemi esistenti, è stato possibile raccogliere una grande quantità di dati dei processi energetici e industriali utilizzando 2500 indicatori. Più di 600 dati al secondo sono stati quindi trasferiti direttamente dal server OPC dell'impianto alla piattaforma METRON. Sono stati così recuperati 2 anni di storia risalenti all'inaugurazione della fabbrica di fecola. 

Sono state analizzate più di 100 variabili aventi un'influenza sulla caldaia e le turbine: 

  • temperatura della caldaia, 
  • consumo di carbone, 
  • flusso di vapore tra le macchine, 
  • frequenze e vibrazioni dei turbogeneratori, 
  • flusso d’aria, 
  • costi dell'elettricità sulla rete, ecc.

 

Gemello digitale: la strutturazione dei dati dell'impianto

I dati esterni e interni vengono riuniti in un modello digitale. Viene stabilita una mappatura digitale della linea di produzione per mappare i vettori energetici, le apparecchiature, ecc. nell'impianto.

Grazie all'esperienza umana e alla base di conoscenza dell'ontologia METRON, la digitalizzazione delle apparecchiature e la contestualizzazione di ogni dato consente di costruire il gemello digitale dell'impianto.

Questo passaggio permette di automatizzare le prime azioni e di confrontare le prestazioni delle apparecchiature con scenari di riferimento specifici.

 

Creazione di dashboard per monitorare gli utilizzi in tempo reale

La soluzione METRON permette di monitorare in tempo reale il funzionamento dell'impianto:

  • determinazione dei KPI pertinenti per ciascuna apparecchiatura;
  • benchmarking automatizzato degli usi energetici;
  • confronto delle prestazioni multi-sito;
  • allerta in caso di deriva;
  • recepimento dei fattori di influenza;
  • gestione di progetto;
  • reportistica automatizzata;
  • visualizzazione dei vettori energetici e contesto per stabilire modelli coerenti.

Grazie alla modellazione del perimetro, e quanto disciplinato nel contratto di fornitura energetica, sono state implementate diverse azioni di ottimizzazione. In particolare, è stata definita una regola per minimizzare, o massimizzare, la produzione di energia elettrica generata internamente.

 

Ottimizzazione e monitoraggio in tempo reale

Nella seconda fase del progetto sono state fornite raccomandazioni in tempo reale agli operatori presenti in loco. Gli algoritmi oggi utilizzano i dati interni ed esterni trasmessi in ogni momento per determinare un mix elettrico ottimale rispetto alla produzione attesa.

Se i prezzi dell'elettricità sono alti con una bassa domanda di vapore, il software suggerisce ad esempio di utilizzare più elettricità prodotta dalle turbine a vapore, il cui costo fisso è inferiore al costo variabile dell'elettricità sulla rete. 

In tutti i casi, spetta all'energy manager e al team operativo decidere sulle raccomandazioni rilasciate recependo o meno i suggerimenti di ottimizzazione.

 

I risultati ottenuti

I risparmi conseguiti sul budget energetico ammontano a 90.000 dollari all'anno. Grazie allo strumento di supporto decisionale messo in atto, la fabbrica di fecola può ora ottimizzare il costo del suo mix energetico in tempo reale

Con un tale sistema di Energy Management digitalizzato e centralizzato, si risparmiano 4 giorni-uomo ogni mese nella gestione delle risorse energetiche. Ora gli operatori presenti sul sito possono dedicarsi a mansioni a maggiore valore aggiunto.

 

L'importanza della cultura energetica

Quando si tratta di gestione dell'energia, la dimensione umana è essenziale: tutti devono essere consapevoli delle sfide della cultura energetica pilotata dal dato. L'approccio di gestione digitale dell'energia in tempo reale consente di trasmettere le informazioni giuste, al momento giusto, all'utente giusto. Grazie a dati chiari e pertinenti, l'impianto è più trasparente per tutti, il che rende più facile il coinvolgimento dei team.

 

La visione precisa e in tempo reale del dispositivo di produzione di energia della fabbrica di fecola consente al personale dell'impianto di adeguare il funzionamento della caldaia e delle turbine in funzione degli obiettivi di produzione fissati e della variabilità del mercato energetico. Combinando competenze umane ad algoritmi di Data Science, la piattaforma METRON permette di confrontare i consumi con un modello di riferimento, e quindi di sfruttare appieno le potenzialità della cogenerazione bilanciando in ogni istante fonti interne ed esterne.

Volete saperne di più sulla piattaforma di monitoraggio e ottimizzazione energetica sviluppata da METRON? Richiedete una dimostrazione della nostra soluzione!

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