Ứng dụng IoT quản lý và tiết kiệm năng lượng cho nhà máy như thế nào ?

Nếu bạn điều hành một nhà máy sản xuất, bạn sẽ có một số mục tiêu để đưa ra các tùy chọn để cắt giảm chi phí. Một trong số đó là hiệu quả sử dụng năng lượng. Quản lý năng lượng đã trở nên quan trọng đối với cả ngành tiện ích và sản xuất với nhu cầu cung cấp năng lượng ngày càng tăng. Ngoài ra, sự gia tăng chi phí thương mại về năng lượng và lượng khí thải carbon đang khiến các doanh nghiệp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng của họ. Do đó, điều cần thiết là làm cho các hệ thống quản lý năng lượng hiệu quả hơn với sự trợ giúp của các tiến bộ công nghệ cho sự phát triển của doanh nghiệp bạn.

Ứng dụng IoT để quản lý năng lượng

Sự phát triển của Internet of Things (IoT) đã cách mạng hóa các hệ thống quản lý năng lượng để sử dụng năng lượng thích hợp. IoT được coi là đóng vai trò nòng cốt trong việc biến các hệ thống quản lý năng lượng này thông minh hơn trong tương lai sắp tới. Mỗi thiết bị có thể được kết nối với một mạng và nhiều thông tin có thể được thu thập từ các thiết bị được kết nối này.

Thông tin từ tất cả các thiết bị được kết nối được thu thập trên một hệ thống dữ liệu trung tâm (thường là trên đám mây) để phân tích thêm. Các nhà khoa học dữ liệu sử dụng thông tin này và chạy nó thông qua các thuật toán và các công cụ phân tích dữ liệu khác để nghiên cứu các mô hình sử dụng năng lượng của một kịch bản cụ thể. Hơn nữa, các thuật toán ML và khả năng AI của hệ thống kết hợp có thể trực quan hóa dữ liệu để đưa ra những hiểu biết hữu ích để thực hiện các hành động thông minh cho các tham số vận hành trong các tình huống khác nhau.

Nhiều chuyên gia khuyến nghị các hệ thống giám sát thời gian thực dựa trên IoT để mang lại việc sử dụng năng lượng tối ưu. Nhưng vấn đề quản lý năng lượng và sử dụng năng lượng tối ưu còn nhiều khía cạnh hơn thế, nó còn phụ thuộc vào ý thức con người, quy trình, cũng như các chính sác năng lượng của quốc gia.

Tuy nhiên việc có một hệ thống thu thập dữ liệu thời gian thực là việc tối thiểu cần thiết và là nền tảng của các chương trình tiết kiệm năng lượng. Bởi vì “bạn không thể quản lý những gì bạn không đo lường được”.

Các thành phần chính hao tổn năng lượng điện trong nhà máy

Lấy một ví dụ về năng lượng điện. Thông thường, Các bill thanh toán năng lượng điện có hai thành phần: phí cố định và phí liên quan đến thời gian chạy / sử dụng trong các giờ cao điểm thấp điểm. Việc tối ưu hóa việc lưu trữ, chạy máy móc trong các khung thời gian thích hợp với nhu cầu sản xuất và lịch sản xuất là điều tối quan trọng để tối ưu hóa chi phí sử dụng điện.

Vấn đề của động cơ

Một nguồn sử dụng điện chính trong nhà máy liên quan đến các động cơ điện và hệ thống HVAC. Một động cơ được coi là không tải khi nó ở trong phạm vi mà hiệu suất giảm đáng kể với tải giảm. Hầu hết các động cơ điện được thiết kế để chạy ở mức 50% đến 100% tải định mức. Hiệu quả tối đa thường là gần 75%. Giảm xuống dưới mức tải 50% và hiệu quả có xu hướng giảm đáng kể.Trong nhiều trường hợp, động cơ vận hành hoặc quá tải, dẫn đến quá nhiệt hoặc quá tải, hoạt động tối đa 40% công suất. Điều đó gây ra đột biến lớn trong tiêu thụ năng lượng. Động cơ quá khổ có chi phí ban đầu cao hơn và rất tốn kém để sửa chữa và bảo trì. Động cơ quá nhỏ không hoạt động tốt và gây ra tổn thất cao hơn động cơ điện có kích thước phù hợp.

Điều tương tự cũng xảy ra với điều hòa không khí. Nếu trọng tải và kích thước phòng hoặc động lực không phù hợp, điều đó dẫn đến mức tiêu thụ năng lượng cao hơn. Vậy thì dùng thiết bị nào và sử dụng như thế nào cho hợp lý là câu hỏi cần cân nhắc.

Các nguồn có thể hao tổn năng lượng khác 

• Nhiệt lượng tỏa ra ở các khu vực
• Máy nén khí
• Lò hơi đóng vai trò là nguồn hơi chính được sử dụng trên các nhà máy.
• Máy phát điện dự phòng cung cấp nguồn điện thay thế trong trường hợp hỏng nguồn chính.
• Nhiên liệu, bao gồm diesel, than, gỗ, năng lượng mặt trời và pin được sử dụng để chạy trên các hệ thống.
• Hệ thống đèn, máy tính, … của nhà xưởng

IoT có thể giúp như thế nào ?

Người ta đã nhận ra rằng bằng cách triển khai các hệ thống quản lý năng lượng, các nhà máy sản xuất đã giảm 16% lỗi sản phẩm và cải thiện 24% OEE (Hiệu suất thiết bị tổng thể).Các hệ thống quản lý năng lượng do IoT cung cấp giúp các cơ sở nâng cao hiệu quả hoạt động bằng cách đảm bảo tính sẵn sàng của thiết bị cao. Nó cung cấp cho các cơ sở dữ liệu thời gian ngừng hoạt động của máy mọi lúc mà họ có thể xác định các vấn đề và cải thiện tính khả dụng của thiết bị.

Trong thời kỳ tiền IoT, hệ thống quản lý năng lượng truyền thống sẽ thu thập một mẫu sử dụng năng lượng trong một khoảng thời gian bằng các data logger hoặc SCADA. Hệ thống truyền thống rất tốt để có được dữ liệu tiêu thụ năng lượng, nhưng nó không giúp bạn cảnh báo trong trường hợp tăng đột biến, quản lý mô hình sử dụng, dự đoán nhu cầu theo mùa hoặc đề xuất cấu hình phù hợp. Hơn nữa với mô hình điện toán truyền thống, việc lưu trữ và xử lý dữ liệu bị hạn chế nên chúng ta không thể đưa ra các mô hình dự đoán và phân tích phù hợp, và chủ yếu là hoạt động dựa theo kinh nghiệm.

Cũng trong thời kỳ tiền IoT, các thử nghiệm tải động cơ là một vấn đề dài và cồng kềnh. Các kỹ sư đã sử dụng các bài kiểm tra trượt và kiểm tra điện bằng máy soi kỹ thuật số. Họ đã phải dành hàng giờ với thiết bị để lấy mẫu. Ngay cả khi đó, dữ liệu thu thập được chỉ là một mẫu chứ không phải thời gian thực.

Với IoT đã có, các phân tích có thể xảy ra trên dữ liệu thời gian thực từ động cơ. Điều đó làm cho việc phân tích nhanh chóng, không đau đớn và chính xác hơn. IoT mang đến cảnh báo thời gian thực, khả năng dự đoán nhu cầu năng lượng, mô hình sử dụng và cách tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng.

Với nền tảng IoT phù hợp, bạn có thể đề xuất kích thước phù hợp cần thiết cho động cơ, do đó tiết kiệm tiền cho khoản đầu tư ban đầu. Giám sát có điều kiện dựa trên IoT đảm bảo động cơ không bao giờ đạt đến giới hạn ngưỡng của nó, điều đó có nghĩa là động cơ tồn tại lâu hơn và ít hư hỏng hơn.

Một hệ thống giám sát dựa trên IoT đưa ra những cảnh báo sớm về các vấn đề rung / nhiệt độ động cơ điện. Giám sát tình trạng tiết kiệm thời gian từ việc ngừng sản xuất ngoài kế hoạch. Và sự căng thẳng không cần thiết của việc thực hiện sửa chữa khẩn cấp có thể tránh được.

Ngoài ra, một hệ thống IoT được thiết kế phù hợp không chỉ có thể theo dõi mức tiêu thụ năng lượng tại các điểm phân phối trong toàn bộ nhà máy thông minh, mà với sự trợ giúp của đồng hồ thông minh (smart meter), họ có thể theo dõi mức tiêu thụ năng lượng ngay từ nguồn đến điểm tiêu thụ. Hơn nữa, hệ thống có thể giúp dự đoán rò rỉ hoặc giảm điện áp tại các nút mạng, nếu có xảy ra.

Cách tiếp cận thực hiện

“ Bạn cần phải biện pháp để quản lý ”. Một dự án giám sát năng lượng thành công luôn bắt đầu với việc giám sát sử dụng năng lượng. Khi bạn biết rò rỉ năng lượng ở đâu, bạn có thể tối ưu hóa hiệu quả việc sử dụng để giảm chi phí hoạt động.

“ Bắt đầu nhỏ và có ROI được chứng minh ”.  Khi bạn nhận được kết quả thuận lợi trong tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng, bạn có thể mở rộng quy mô của dự án.

“Cần có tư duy về phân tích dữ liệu” . IoT chỉ là công cụ để thu thập dữ liệu, việc so sánh, đối chiếu và phân tích dữ liệu sử dụng năng lượng cần các chuyên gia có kinh nghiệm về ngành để có thể biết được điểm cải tiến nằm ở đâu là cần thiết.

“Tư duy công nghệ IT-OT” : Dự án không nằm của riêng nhóm IT hay OT mà là của doanh nghiệp với các công nghệ mũi nhọn :

• IoT : Tương lai của năng lượng sẽ chắc chắn được liên kết với công nghệ IoT. Một số lượng lớn thiết bị, nhà máy, tòa nhà, thành phố thông minh, hệ thống chiếu sáng, cộng đồng và hệ thống giao thông sẽ được kết nối và kiểm soát thông qua internet. Các hệ thống đám mây sẽ tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng ở mức độ lớn hơn. Số lượng cảm biến và thiết bị IoT tăng lên sẽ cho phép kiểm soát nhiều hơn và tiết kiệm năng lượng hơn theo thời gian.
• Xem thêm : Các loại cảm biến IoT thông dụng và tầm quan trọng của các cảm biến IoT
• Dữ liệu lớn : Dữ liệu lớn đi đôi với IIoT, và có mặt trong mọi hoạt động liên quan đến năng lượng. Đó là thông tin được xử lý, tính toán và hành động trên đám mây. Khi nói đến tiết kiệm năng lượng, dữ liệu đó bao gồm các thông tin cụ thể về thời điểm và lượng năng lượng được sử dụng trong mỗi tòa nhà. Biết thông tin này cho phép các tiện ích năng lượng làm cho hệ thống của họ hiệu quả hơn bằng cách định tuyến năng lượng phù hợp.
• Xem thêm : Big data và Data lake là gì ? Phân tích dữ liệu lớn trong doanh nghiệp như thế nào ?
• Phân tích dự đoán thiết bị  Một lợi ích khác của dữ liệu lớn là khả năng giúp các hệ thống dự đoán sự cố và trục trặc của thiết bị, cũng như thời gian sử dụng năng lượng tối ưu và tối thiểu để năng lượng có thể được phân phối chính xác. Quản lý năng lượng trong lưới điện thông minh cung cấp cho các nhà khai thác lưới khả năng nhìn thấy và quản lý việc sử dụng điện. Các kỹ sư sẽ có thể quản lý sản xuất năng lượng chính xác và dự đoán nhiều hơn, do đó, các nhà máy điện tốn kém, không cần phải đưa vào sử dụng.
• Xem thêm : Ứng dụng bảo trì dự đoán (Predictive Maintenance) bằng công nghệ IoT

Kết Luận

Mục tiêu cuối cùng của nhà máy thông minh là tạo ra một hệ thống theo dõi và phân tích năng lượng theo thời gian thực mà các hệ thống giám sát năng lượng truyền thống không thể cung cấp. Giám sát năng lượng hỗ trợ IoT có thể giải quyết rất nhiều vấn đề cốt lõi để cản trở nhà máy khỏi những nỗ lực bảo tồn năng lượng thực sự. Điều đó không chỉ tiết kiệm tiền mà còn mở đường cho việc thực hiện Công nghiệp 4.0 thực sự. Nếu bạn điều hành một nhà máy và đang tìm cách cắt giảm chi phí năng lượng, thì IoT đáng để xem xét kỹ hơn. Với sự phát triển của IoT, quản lý năng lượng đã trở nên thông minh và hiệu quả hơn. IoT dường như là một nền tảng đầy hứa hẹn để quản lý năng lượng thông minh . Với độ tin cậy cực cao và phạm vi sử dụng rộng trong quản lý năng lượng, IoT sẽ được coi là phương pháp tiên phong trong lĩnh vực quản lý năng lượng.

Bài viết trên được biên soạn và chỉnh sa bởi SmartFactoryVN.com . Các bạn sao chép xin ghi rõ nguồn bài viết.