Lukas Favoreel
Wist je dat we het energieverbruik in de industrie drastisch kunnen verminderen door simpelweg bestaande procesdata slim te gebruiken? Een virtueel energiemonitorsysteem kan het energieverbruik in het oog houden waardoor bedrijven meer inzicht krijgen in hun verbruik en daardoor kosten kunnen besparen.
Tegenwoordig beschikken bedrijven vaak enkel over het totale energieverbruik van het geautomatiseerde proces, terwijl het verbruik van elke stap afzonderlijk minstens even belangrijk is. Met het oog op duurzame productie moeten bedrijven zorgen voor een efficiëntere productieomgeving om minder energie te verbruiken. Vooral in de procesindustrie, waar zowel elektriciteit als warmte nodig zijn, is het interessant om meer inzicht te hebben in hoeveel elke component op elk moment verbruikt om zo overvloedig energieverbruik te vermijden.
“There is nothing so practical as a good theory.” Lewin, Kurt. (1969). The practical theorist. In A. Marrow. New York: Knopf.
Het energiemonitorsysteem is een kosteneffectieve oplossing om het energieverbruik van een proces in te schatten. Het maakt gebruik van bestaande sensoren die het proces controleren. Zo’n systeem analyseert de gegevens die de sensoren bezorgen om het theoretische energieverbruik te berekenen. En dat benadert het werkelijke verbruik.
De nauwkeurigheid van de berekeningen hangt sterk af van de hoeveelheid beschikbare gegevens over elke component. Daarom is het soms mogelijk om meerdere berekeningsmethoden te vergelijken en de beste methode te selecteren. Soms zijn er te weinig procesdata beschikbaar om het exacte energieverbruik te berekenen. Dan kunnen we de berekening vereenvoudigen om het daadwerkelijke verbruik zo goed mogelijk te benaderen. Een voorbeeld daarvan is een debiet stoom dat wordt opgesplitst in verschillende takken, waarbij alleen het totale stoomdebiet wordt gemeten. In elke tak bevindt zich een motor, en op basis van een gemeten motorkenmerk, zoals het vermogen, kan het debiet in elke tak afzonderlijk worden geschat.
Door die berekeningen kunnen we het vermogen van elke component in het productieproces afzonderlijk bepalen. Voor elk type component is er een andere aanpak nodig. Voor motoren bijvoorbeeld, kan het mechanische en elektrische vermogen berekend worden. Bij warmtewisselaars is dat het overgedragen thermische vermogen. Afhankelijk van het proces is er vaak verschillende informatie beschikbaar, zoals de gebruikte procesopstelling en het type product. Dat maakt het mogelijk om de verbruikte energie per product per procesopstelling te vergelijken. Die vergelijking biedt interessante inzichten in de verschillen tussen de types product en procesopstellingen. Hierdoor ontstaat een duidelijker beeld van de energiekosten per product en wordt het eenvoudiger om de meest energiezuinige opstelling te vinden bij een type product.
De resultaten zijn veelbelovend. Via gebruiksvriendelijke dashboards kunnen bedrijven energieverbruikspatronen in detail bekijken en analyseren voor alle stappen in het proces. Ze beschikken over zowel samenvattende dashboards van het volledige proces als gedetailleerde dashboards met gegevens over de individuele componenten. Vanuit het centrale dashboard is het mogelijk om naar de componenten te navigeren via een dynamisch paneel waarop het globale proces wordt weergegeven. Door de afzonderlijke componenten of subprocessen aan te klikken, kan de gebruiker meer gedetailleerde informatie terugvinden in een apart dashboard. Bovendien is het mogelijk om een bepaald tijdsinterval te selecteren.
Ter demonstratie is een voorbeeld uitgewerkt in samenwerking met Actemium voor een productiebedrijf, waar een UHT-proces (Ultra High Temperature) gebruikt wordt om plantaardige room te behandelen zodat het langer kan worden bewaard. Het bedrijf weet niet hoe efficiënt de traditionele methodes eigenlijk zijn. Dat zorgt voor dure en tijdrovende optimalisaties.
De eerste afbeelding laat een overzicht van het proces zien, van waaruit je naar de verschillende onderdelen kunt doorklikken. De tweede toont een samenvatting van de verschillende energievormen in het proces.
Bovendien kunnen we het virtuele energiemonitorsysteem breed inzetten door het op verschillende processen toe te passen. Toch moeten we oppassen omdat elk proces uniek is. We kunnen bijvoorbeeld wel de dashboards hergebruiken voor eenzelfde type component.
Er zijn nog andere manieren om het energieverbruik te visualiseren, zoals met swarm plots. Daarin geeft elke bol de totale hoeveelheid benodigde energie weer voor een bepaalde productiesessie, waardoor we het verbruik visueel kunnen vergelijken. Een ander voorbeeld is de energy baseline die het energieverbruik van het proces voor de optimalisatie vergelijkt met deze na de optimalisatie. Dat biedt inzicht in welke procesopstellingen energiezuiniger zijn dan andere. De verschillende manieren van visualisatie maken het eenvoudiger om kostenbesparende en milieuvriendelijke keuzes te maken.
Door bestaande procesdata slim in te zetten krijgt de industrie meer inzicht in het energieverbruik van individuele verbruikers. Zo kunnen bedrijven hun energieverbruik en kosten verlagen. Het stelt hen ook in staat om snel en efficiënt verschillende scenario's te evalueren. Dat toont aan hoe een virtueel energiemonitoringsysteem een krachtig hulpmiddel kan zijn voor energie-efficiëntie en duurzaamheid. Een ander groot voordeel is dat het een goedkoop alternatief vormt voor dure energiemeters.
Hiervoor hadden bedrijven geen precies inzicht in hoeveel elk component verbruikte. Maar met deze vondst kunnen bedrijven een scherm plaatsen in de controlekamer met daarop de informatie uit de dashboards. De kleurrijke grafieken en cijfers vormen de basis om bewuster te zijn over hun energieverbruik en de kosten te drukken aan de hand van innovatie.
Aangezien er met data wordt gewerkt, zijn de uitbreidingsmogelijkheden talrijk. Zo kan het energiesysteem nog worden uitgebreid door het te koppelen aan real-time procesupdates die een waarschuwing kunnen geven als een bepaalde component aan onderhoud toe is. Op basis van artificiële intelligentie kan een model getraind worden die dergelijke patronen kan herkennen. Dat kan bijvoorbeeld gebaseerd zijn op trillingen of de berekende warmteoverdracht. Een andere uitbreiding kan zijn door meer gedetailleerde gegevens te verzamelen om nog nauwkeuriger en effectiever te zijn.
Apv-homogenizer-used-with-uht-us.pdf. (n.d.).
Boyd International. (n.d.). A short guide on the UHT processing industry and equipment. Retrieved 25 March 2024, from https://www.boydinternational.com/resources/uht-processing/index.php?fb…
Claessens, T. (2022). E702080A - Warmte- en stromingsleer. UGent.
CSI. (2019, June 5). What is Clean-in-place (CIP). Central States Industrial. https://www.csidesigns.com/blog/articles/what-is-clean-in-place-cip
Datta, N., Elliott, A. J., Perkins, M. L., & Deeth, H. C. (n.d.). Ultra-high-temperature (UHT) treatment of milk: Comparison of direct and ind...
Doherty, A. (2021, April 29). What Are Energy Baselines (EnB)? Hark. https://harksys.com/blog/what-are-energy-baselines-enb/
Efficiency of Heat Exchanger: Description and Formula | Linquip. (2021, February 14). https://www.linquip.com/blog/efficiency-of-heat-exchanger/
Eisner, M. D. (2021). Direct and indirect heating of milk – A technological perspective beyond time–temperature profiles. International Dairy Journal, 122, 105145. https://doi.org/10.1016/j.idairyj.2021.105145
FINAL-EnPIs_brochure.pdf. (n.d.).
Hendren, N. (2022). Steam Tables (.xlsx, .csv, .json). LearnChemE. https://learncheme.com/student-resources/steam-tables/
Hu, J., Sari, O., Eicher, S., & Rija Rakotozanakajy, A. (2009). Determination of specific heat of milk at different fat content between 1°C and 59°C using micro DSC. Journal of Food Engineering, 90(3), 395–399. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2008.07.009
Hyfoma. (2016). Pasteuriseren, steriliseren, UHT - Safe Food Factory. https://www.safefoodfactory.com/nl/knowledge/25-pasteuriseren-sterilise…
IEE. (2016, May 22). The Importance of Setting an Accurate Energy Baseline – IEE. https://ieeegypt.org/the-importance-of-setting-an-accurate-energy-basel…
Instructions for use and maitenance uht block_6.500 s.n.1928_Puratos_Lummen_REV.01_2021.pdf. (n.d.).
Laboratories, M. (2022, January 11). MycoScience—What Is Sterilization In Place? MycoScience. https://mycoscience.com/what-is-sterilization-in-place/
Lucidchart. (n.d.). Wat zijn Piping & Instrumentation Diagrams? Lucidchart. Retrieved 25 March 2024, from https://www.lucidchart.com/pages/nl/wat-zijn-piping-instrumentation-dia…
Neologic Engineers. (n.d.). What Are Aseptic Storage Tanks, and What Are the Benefits of It? Neologic Engineers. Retrieved 25 March 2024, from https://www.neologicengineers.com/blogs/what-are-aseptic-storage-tanks-…
NIS 2 Directive. (n.d.). Retrieved 28 March 2024, from https://www.nis-2-directive.com/
Savree. (n.d.). Plate Heat Exchanger (PHE) Explained—saVRee—saVRee. Retrieved 25 March 2024, from https://savree.com/en/encyclopedia/plate-heat-exchanger-phe
SDGs. (2017, February 1). Sdgs. https://www.sdgs.be/en/sdgs
Sustainability—European Commission. (n.d.). Retrieved 27 April 2024, from https://single-market-economy.ec.europa.eu/industry/sustainability_en
Tanguay, D. (n.d.). International Performance Measurement and Verification Protocol (IPMVP). Efficiency Valuation Organization (EVO). Retrieved 29 March 2024, from https://www.evo-world.org/en/products-services-mainmenu-en/protocols/ip…