Viborg Varme

For at opnå optimering på tværs af hele værdikæden fra produktionsenheder til forbruger, har man implementeret en ægte ’live’/realtids Digital Tvilling af hele Viborg Varmes fjernvarmesystem.

Den Digitale Tvilling går på tværs af eksisterende løsninger og samler data fra produktionen til slutbrugeren inkl. pumper, blandesløjfer, ventiler og øvrige tilgængelige data-/målepunkter undervejs i hele netværket. Hertil kommer løbende data fra knap 12.000 fjernaflæste varmemålere hos forbrugerne. Alle disse datapunkter kombineres med GIS-data for at lave et samlet og altid optimeret overblik på Gradyents cloud-platform.

Gradyent har leveret og idriftsat den digitale tvilling i tæt samarbejde med Viborg Varme. Viborg Varme har adgang til værktøjet via en webapplikaiton, ligesom Gradyent benytter værktøjet til at give yderligere indsigter og lave scenarieanalyser for Viborg Varme. Værktøjet er målrettet Viborg Varme. Løsningen er målrettet driftspersonalet internt og har ikke et interface mod selve forbrugerne.

Baggrund

Viborg Varme er i gang med at omstille sit fjernvarmesystem med sigte på at blive CO2-neurale i 2027. Planen rummer flere konkrete, grønne og ambitiøse tiltag i og omkring Viborg, der sammen med forbrugerne skal opfylde planens mål:

• Omstille fra at være baseret på et centralt gasfyret kraftvarmeværk til et næsten fuldt elektrificeret system med decentrale varmepumper og elkedler.
• Produktionen flytter fra det centrale kraftvarmeværk placeret i nord til flere decentrale varmeproducerende anlæg rundt i forsyningsområdet, hvilket øger kompleksiteten væsentligt.
• Opgradere og udvide transmissionsnettet, så varmen kan flyttes rundt fra de nye lokationer
• Varmevekslerne som adskiller transmissions- og distributionsnettet bliver udfaset for at reducere fremløbstemperaturerne og optimere varmepumpernes COP værdi eller effektivitet.
• Muliggøre forskellige temperaturzoner i distributionsnettet afhængig af forbrugernes reelle behov
• Tilslutning af flere forbrugere grundet byudvikling og gaskonverteringer.

Fjernvarmeselskabet har derudover ambitioner om at:

• Sænke temperaturerne i transmissionen fra 95 til 70 grader.
• Sænke temperaturerne i distributionsnettet mest muligt uden at påvirke forbrugerne og deres komfortniveau.
• Blive CO2-neutrale i 2027
• Flytte forbrugere fra transmissionsnettet og forbinde dem direkte til distributionsnettet bag en spidslastkedel i stedet for, så transmissionen kan holdes på lavere temperatur.

Som en konsekvens heraf øges kompleksiteten i den daglige drift væsentligt, hvilket nødvendiggør et fuldt og sammenhængende systemoverblik med realtidsovervågning og styring.

Viborg ser digitalisering som en forudsætning for at lykkes og søgte derfor et strategisk og langsigtet partnerskab med en leverandør af digitale løsninger, der kunne hjælpe dem med at komme i mål med omstillingen.

Udgangspunktet var et antal separate IT-løsninger, som indsamler data individuelt i adskilte datasiloer og derved optimerer forskellige hjørner af det samlede system (f.eks. varmeproduktion/planlægning, transmission, distribution, forbruger data osv.) med minimal eller ingen interaktion imellem systemerne:

• Kamstrup fjernaflæste-energimålere hos forbrugerne
• Frese-ventiler
• Opkoblede ECL-styringer i lejeanlæg
• ABB – SCADA
• iFix - SCADA
• Grundfos iGrid
• Vexve ventiler
• EMD Energy Trade

For at kunne håndtere den nye virkelighed og drive netværket med størst mulig effektivitet og forsyningssikkerhed, kræver det, at Viborg Varme kan optimere på tværs af hele systemet end-to-end. Fjernvarmesystemet har mange indbyrdes afhængigheder, så det at ændre noget i den ene ende har indflydelse et andet sted.  I det nye decentrale setup er det samtidig nødvendigt at køre tættere på grænserne for at gøre omstillingen så omkostningseffektiv og grøn som muligt. Derfor er det nødvendigt at forstå i detaljer, hvad der foregår overalt i systemet, men også være klar til at foretage korrigerende handlinger med et meget kortere tidsinterval (dvs. stort set i realtid)

Den Digitale Tvilling sikrer netop dette ved at samle og integrere alle datapunkter, alt imens avancerede fysiske modeller kører i baggrunden, fortolker dataene og beregner hydraulikken i netværket for at bestemme det mest optimale driftsscenarie. Samtidig udnytter den Digitale Tvilling kunstig intelligens til at forudsige fremtidige scenarier, der skal tages højde for.

Løsningen arbejder hen imod at give Viborg Varme:

• Altid opdateret overblik over den aktuelle tilstand i netværket helt ned på rør-for-rør niveau og med muligheden for at genafspille historiske driftsscenarier.
• Automatisk fremløbstemperaturoptimering  ud i distributionsnettet.
• Få overblik over trykket i nettet, så det sikres at forbrugeren har den nødvendige effekt til rådighed.
• Muligheden for selv at afprøve mindre ændringer og optimeringer.
• En platform, der giver mulighed for optimere hele systemet under hensyntagen til alle indbyggede kompleksiteter og sammenhænge, startende med temperaturoptimering og senere inkluderende transmission og optimering af selve produktionsenhederne og deres sammenspil.  

Resultater

Gradyent har skabt en Digital Tvilling af Viborg Varmes distributionsnetværk under hensyntagen til netværkstopologien og tidligere driftsdata. Det gør det muligt for for Gradyent at skabe en  høj-detaljeret digital repræsentation af hele netværket, der benyttes til dynamisk at optimere den fremtidige drift af nettet i realtid.

Den digitale tvilling giver herudover dybere indsigt i netværkets områder, hvor der ikke er sensorer til stede, hvilket giver operatørerne en forbedret forstående af netværket. Den digitale tvilling er såleledes ikke begrænset til områder, hvor alle datapunkter er på plads og tilgængelige.

Operatørerne er i stand til at se ”forsyningsområdet” for hver enkelt varmeproduktionsenhed, hvilket giver en øget forståelse af dynamikken i systemet.

Indtil videre er der kommet en online-platform ud af det, som er en webapplikation, der agerer som “single source of truth” på tværs af øvrige systemer. Platformen opdateres med få minutters interval og viser den aktuelle tilstand i nettet, ligesom historikken kan afspilles efter behov.

Derudover har man som en del af samarbejdet gennemført flere underliggende analyser og workshops og scenarieanalyser med Viborg Varme (også kaldet ”what if”-analyser).

Man har fået automatiserede sætpunkter for fremløbstemperaturen 24 timer frem for de forskellige lokationer. Sætpunkter, der kan integreres i den nuværende Viborg Varmes datainfrastruktur og hentes af eksisterende SCADA-system.

Analyser af historiske data og forhold har vist, at Viborg netværk kan driftes med 2-5 °C lavere fremløbstemperaturer, afhængigt af sæson. Dette er signifikant, taget Viborg Varmes nuværende meget lave fremløbstemperaturer i betragtning.

Viborg Varme fik også et tydeligere overblik over netværkstrykket i hele byen og bedre indsigt i hvilke områder, som de nye produktionssteder dækker - begge afgørende aspekter for at vælge den rigtige strategi for driften, samt vurdere yderligere fremtidige forbedringer.

Den Digitale Tvilling har vist sig værdifuld i flere konkrete sager. F.eks. muliggjorde den digitale tvilling en hurtig scenarieanalyse, da et hovedrør skulle udskiftes, og der var usikkerhed om en ændret dimensionering og på trykforholdene i nettet.

Som direkte effekt har man opnået 2-5 procent reduktion af varmetabet. Derudover har man opnået 1-3 procent energibesparelse til varmepumper pga. øget COP-værdi for disse ved lavere temperaturer.