Simuloinnilla on mahdollista saavuttaa merkittäviä säästöjä

Simuloinnilla on mahdollista saavuttaa merkittäviä säästöjä

Semantumin Jouni Savolainen ja ABB:n projektipäällikkö Antti Lukkari suunnittelevat paremmin optimoituja ja tehokkaampia teollisuuslaitoksia prosessisimulaatioiden avulla.

Simuloinnilla on mahdollista saavuttaa merkittäviä säästöjä

Ilmastonmuutos vaatii teollisuudelta panostusta energiatehokkuuteen. ABB:n ja Semantumin hankkeessa lymyää iso säästöpotentiaali niin energiatehokkuudessa kuin rahassakin mitaten.

Teksti Mika Niiniranta  Kuva Patrik Pesonen

Innovaatioilla on nyt kysyntää teollisuuden prosessien tehostamisessa. Globaali teknologiayritys ABB ja kotimainen simulaatioihin erikoistunut ohjelmistotalo Semantum lähestyivät asiaa uudesta kulmasta Metsä Boardin Simpeleen kartonkitehtaalla. Ennestäänkin kilpailukykyisen tehtaan pumppausprosessista löytyi potentiaalia yli 30 prosentin säästöihin energiankulutuksessa.

Semantum ja ABB kehittivät yhdessä menetelmän laitevalintojen tekemiseksi elinkaarikustannusten kannalta optimaalisella tavalla. Dynaaminen prosessisimulointi tehtiin pilvessä, ja laitevalinnat pumppu-, moottori- ja taajuusmuuttajatuotteille tuotettiin yhteissimulaatiolla erilaisia käyttöskenaarioita vertaillen.

– Dynaamista prosessisimulointia on käytetty jo ainakin 40 vuotta, mutta uusi asia tässä on se, että mallinsimme koko toiminta-alueen ja pystyimme yhteissimuloinnilla tarkastelemaan eri laitteiden valinnat samanaikaisesti. Näin prosessi pystyttiin optimoimaan kokonaisuutena, kertoo ohjelmistotalo Semantumin hallituksen puheenjohtaja Tommi Karhela.

Mitoitus kerralla kuntoon

Semantumin ja ABB:n hankkeessa on keskitytty nesteiden pumppauksen mallintamiseen teollisessa prosessissa. Collaborative Digital Twin -menetelmällä voidaan suunnitella ja mitoittaa järjestelmiä yhdessä kaikkien laitetoimittajien kanssa. 

– Lähdimme Semantumin kanssa haastamaan perinteistä mallia, jossa kaikki laitteet mitoitetaan erikseen. Vertailemalla prosessin dynaamisia simulaatioita saamme systeemistä pois ylimääräiset riskimarginaalit, kertoo projektijohtaja Antti Lukkari ABB:ltä. 

– Simulointi on ennen kaikkea päätöksenteon työkalu. Tarve paremmalle päätöksenteolle kasvaa, ja dynaaminen simulaatio on nopea sekä kustannustehokas menetelmä tuottaa tietoa hankintapäätösten pohjaksi. Digital Twin on eräänlainen tehokas loppuhionta, jossa optimoidaan prosessista viimeisetkin löysät pois. Se voisi hyvin olla osa jokaista päätöksentekoprosessia, Karhela lisää.

Mittavin säästöpotentiaali piilee teollisuuden pumpuissa

  • Teollisuusalan ehkäpä suurin säästöpotentiaali piilee vanhentuneissa ja ylimitoitetuissa teollisen pumppaamisen laitteissa. 
  • Motivan arvioon perustuvan laskelman mukaan potentiaalia on peräti 160 miljardin euron ja 550 hiilidioksidigigatonnin säästöihin vuosittain.
  • Modernien laitteiden energiatehokkuudessa ja elinkaarikustannuksissa päästään jopa kymmenien prosenttien säästöihin.
  • ABB:n ja Semantumin yhdessä kehittämä, moderni simulaatiopohjainen lähestymistapa mahdollistaa laitoksen kokonaisoptimoinnin järkevällä tavalla.

Hillitsevä ilmastovaikutus

ABB:n ja Semantumin kehittämälle uudelle yhteissimulaatiomallille on globaalit markkinat. Motiva arvioi tuoreessa tutkimuksessaan, että teollisuusalan pumppausjärjestelmät muodostavat peräti 20 prosentin osuuden koko maailman sähkönkäytöstä. Motivan arvioissa näissä järjestelmissä piilee jopa 30 prosentin tehostamispotentiaali.

Rahaksi ja hiilidioksidiksi muunnettuna kyseisessä Motivan arviossa mainitut prosenttimäärät tarkoittavat huikeaa 160 miljardia euroa ja 550 gigatonnia maailmanlaajuisesti. Laskelman määrät vastaavat Suomen valtion budjettia 2,5 vuoden ajalta ja 45 000-kertaisesti koko Suomen kotimaanliikenteen vuosipäästöjä.

Teollisuusalalla vanhentuneiden laitteiden uusiminen voisi vähentää maailman hiilidioksidipäästöjä jopa 1,5 prosenttia. Tavoitteen saavuttamisessa ja kohteiden priorisoinnissa dynaaminen simulaatio on tehokas apukeino.

Vähäpäästöisyydellä voittaa

Yksittäisen teollisuuslaitoksen näkökulmasta kilpailukyvyn kohentaminen energiatehokkuutta parantamalla ja hiilijalanjälkeä pienentämällä on merkittävä asia, sillä tänä päivänä teollisuusalan ostajat kiinnittävät alihankkijoidensa hiilipäästöihin jatkuvasti enemmän huomiota. Myös sijoittajat ovat aktivoituneet asian suhteen, ja sen vuoksi sellaiset teollisuusyritykset, joilla on parhaat strategiat hiilidioksidin vähentämiseen löytävät pääomaa markkinoilta muita toimijoita helpommin ja edullisempaan hintaan.

Lisäksi dynaamisesta simulaatiosta saadaan kestävä, elinkaarikustannukset huomioiva työkalu yrityksen laitehankinnoista vastaavien päättäjien käyttöön. 

– Digital Twin on skaalautuva ja yrityksille suhteellisen vaivaton tapa optimoida hankinnat, toteaa Lukkari. 

Yhteinen kehityshanke antaa jalansijaa maailmanmarkkinoille. ABB voi tarjota simulaatiota omalle asiakaskunnalleen osana kokonaispalvelua, ja Semantum pystyy toteuttamaan simulaatioon vaadittavat ohjelmat sekä asiantuntijapalvelut. Digital Twin soveltuu esimerkiksi energiateollisuuden, kemianlaitosten, paperi- ja sellutehtaiden, ja metallinjalostuslaitosten käyttöön. 

Metsä Boardin Simpeleen kartonkitehtaan pilotti on nyt vaiheessa, jossa laitehankintapäätökset on tehty ja simulaation tulosten toteutumista voidaan alkaa seurata aidossa prosessissa.