Comment un jumeau numérique aide les ports européens à économiser de l'énergie

L'efficacité énergétique est devenue une priorité importante pour l'économie allemande, surtout depuis l'entrée des Verts au gouvernement fédéral. De nombreuses entreprises, y compris des ports et des terminaux, ont exploré les moyens de rendre leurs opérations plus efficaces sur le plan énergétique et plus neutres en termes d'émissions de CO2. Le développement de jumeaux numériques joue un rôle crucial dans cette quête, et ce n'est que le début d'un voyage transformateur.

Pour comprendre l'importance des jumeaux numériques, nous devons d'abord identifier les conditions préalables à la réussite des ports et des terminaux. Ces conditions comprennent la maximisation sûre, efficace et intelligente de la capacité et du débit. Les nœuds logistiques et numériques le long des flux de transport critiques - ainsi que la transition sans faille entre le bateau, la route et le rail - devraient avoir un impact minimal sur l'environnement. Pour rester compétitifs au niveau international, les ports doivent donner la priorité aux technologies innovantes et aux solutions durables. Alors que les projets de durabilité sont de plus en plus répandus, l'établissement d'un jumeau numérique pour l'optimisation énergétique est considéré comme l'étalon-or.

DE L'ANCIEN AU NOUVEAU

Un exemple remarquable nous vient d'un port du nord de l'Allemagne, où deux grues à conteneurs, dont les capacités n'étaient plus suffisantes pour être utilisées dans ce port, ont été démontées et expédiées en Estonie via la mer Baltique. Lors de la mise en service sur le nouveau site, l'occasion a été saisie de créer un jumeau numérique du système de gestion de l'énergie pour ces grues, dans le but d'améliorer leur efficacité énergétique lors de leur exploitation future.

Ces grues avaient bien servi leur port d'origine pendant plus de 15 ans, traitant des navires contenant jusqu'à 14.000 conteneurs. Cependant, avec l'évolution de l'industrie maritime mondiale, les géants du fret d'une capacité allant jusqu'à 23.000 conteneurs sont devenus la norme dans les grands ports. Par conséquent, l'utilisation de ces grues dans leur ancienne patrie est devenue moins lucrative. Leur portée et la longueur de leur flèche ne pouvaient plus répondre aux exigences des plus grands porte-conteneurs.

Afin d'accueillir de nouveaux terminaux à conteneurs avec des volumes de transbordement plus importants, il a été décidé de déplacer les deux grues existantes. Comme les grues étaient encore en bon état, elles ont trouvé un nouveau domicile dans un port partenaire estonien plus petit. Le transport des grues de 1 400 tonnes a constitué une tâche logistique exigeante, qui a nécessité une planification minutieuse tenant compte des marées. Mais ce projet a été un chef-d'œuvre de durabilité.

L'idée de réutiliser les grues à conteneurs a donné naissance à d'autres projets visant à optimiser les processus, les coûts et la consommation d'énergie. Il est rapidement apparu que la numérisation et l'automatisation des différents composants matériels et logiciels nécessaires au fonctionnement des grues joueraient un rôle central. Ces grues, constituées d'innombrables composants de différents fabricants, étaient en service depuis plus d'une décennie et demie - ce qui signifiait que leur conception initiale datait de près de 20 ans. Il est donc compréhensible que le niveau de numérisation de ces structures complexes de grues ait été obsolète. Il était donc crucial non seulement de réassembler les grues après leur transfert, mais aussi de trouver un moyen d'équiper les composants matériels de capteurs modernes permettant un contrôle fiable et orienté vers l'avenir par l'opérateur portuaire.

PLUS DE TRANSPARENCE : ON NE PEUT CONTRÔLER QUE CE QUE L'ON SAIT

Reconnaissant qu'une mise à niveau ne pouvait pas être appliquée de manière uniforme dans toutes les zones de la grue, l'opérateur portuaire a donné la priorité à la numérisation de la gestion de l'énergie en raison de son importance pour la protection de l'environnement. Pendant les opérations de chargement et de déchargement, de l'énergie est à la fois consommée et produite. Ainsi, le levage d'un conteneur nécessite une énergie considérable, alors que le mouvement horizontal du navire vers la rive consomme moins d'énergie et que le déchargement en génère même. L'objectif était d'intégrer la demande et la production d'électricité dans les opérations portuaires.

L'une des idées était d'utiliser l'énergie générée lors du déchargement pour alimenter les véhicules de transport automatisés sans conducteur (AGV) utilisés pour le transport terrestre. L'avantage de cette approche réside dans le fait que la gestion opérationnelle de la charge de ces véhicules correspond déjà à un niveau élevé de numérisation, ce qui permet de suivre facilement les endroits où l'électricité est nécessaire.

Le principal défi était la visibilité des données. Pour le surmonter, des capteurs de mesure de puissance - ou compteurs électriques - supplémentaires ont été installés sur les grues remises en service en Estonie afin d'obtenir des données sur la demande et la production d'électricité. Afin d'évaluer et d'utiliser efficacement les données obtenues, le port s'est tourné vers la technologie des jumeaux numériques.  

Mais qu'est-ce qu'un jumeau numérique exactement ? Alors qu'il existe différentes interprétations, Wikipedia le décrit comme la représentation numérique d'un objet matériel ou immatériel du monde réel dans le monde numérique. Les jumeaux numériques sont connus dans l'environnement de production - en particulier dans l'industrie automobile - où ils sont typiquement utilisés pour le développement de nouveaux produits, l'amélioration des processus de fabrication ou la simulation de situations spécifiques. Ils fonctionnent principalement dans des environnements de test.  

Dans le contexte du projet portuaire mentionné, le terme « jumeau numérique » se réfère à la représentation numérique des données des capteurs de la grue.

JUMEAU NUMÉRIQUE

La question suivante est de savoir comment les données des capteurs peuvent être saisies et visualisées. Les informations peuvent-elles être structurées et évaluées ? Est-il possible d'intégrer les données dans la gestion portuaire existante et de les relier à d'autres systèmes partenaires, tels que SAP ou les systèmes d'exploitation de terminaux (TOS) couramment utilisés dans les ports ? Est-il possible d'inclure le Port Community System (PCS) et d'autres systèmes de gestion des commandes ? Ces questions ont été posées avant de chercher un hub de données numériques qui non seulement faciliterait l'échange de données, mais offrirait également une solution pour la surveillance de l'état par les données.

L'espoir était de générer un jumeau numérique avec de larges possibilités d'évaluation et de connexion. Et cela a fonctionné. En utilisant le cluster edbic Business Integration de compacer comme hub de données, le port a pu découvrir et visualiser des données auparavant cachées. En outre, les données des nouveaux capteurs ont été représentées dans une structure uniforme - appelée métaformat - qui s'intègre facilement dans l'environnement logiciel existant.

Le résultat est une collection complète de « vieilles données » et de nouveaux capteurs d'énergie, qui fournit une représentation concrète des besoins en énergie et de l'énergie produite par les deux grues à conteneurs. Les données sont détaillées et pertinentes et permettent à l'opérateur portuaire de gérer l'énergie de manière efficace.

Alors que dans le passé, l'énergie générée lors du déchargement était négligemment rejetée dans l'air sous forme de chaleur, il est aujourd'hui possible de la stocker et de l'utiliser à d'autres fins. Un logiciel assisté par des méthodes d'intelligence artificielle fournit une prévision de la consommation future. Combiné à des données provenant d'autres corps de métier, d'applications et de services en nuage, ce logiciel de prévision est capable de prédire le flux d'électricité jusqu'à une semaine à l'avance avec une précision comprise entre 96 et 98 %.

L'objectif à long terme est d'établir un cycle énergétique conçu de manière optimale, qui détecte de manière proactive le moment où l'électricité est nécessaire et qui permet la réutilisation de l'énergie produite dans un processus continu grâce à un logiciel.

COPY & PASTE : COMMENT REPRODUIRE DES CONCEPTS À SUCCÈS

Les avantages ne s'arrêtent pas là. D'autres ports européens au sein du même groupe veulent à présent mettre cette approche à l'échelle et l'utiliser. En se basant sur l'expérience estonienne, ils veulent améliorer la gestion de l'énergie dans d'autres terminaux à conteneurs et économiser du CO2.

Il est également prévu d'étendre le principe du jumeau numérique à d'autres domaines - par exemple à la surveillance des longueurs de câble. Il s'agirait d'un pas en avant vers des activités de maintenance prédictive, car la surveillance des longueurs de câbles et de la qualité des câbles qui y est associée pourrait aider à détecter à l'avance les temps d'arrêt et les pannes des portiques à conteneurs et donc à les éviter.

En fin de compte, sur la voie d'une gestion portuaire économe en énergie et en ressources, le lien entre les processus horizontaux et verticaux est la clé du succès. Ce n'est qu'en obtenant un maximum de données des composants opérationnels du port et en les rendant visibles pour le traitement ultérieur que les ports modernes peuvent agir de manière à économiser l'énergie et devenir plus « verts ».

FAZIT

En résumé, l'intégration des jumeaux numériques dans les opérations portuaires représente un progrès important dans la gestion de l'énergie et la durabilité. En utilisant la technologie moderne, les ports peuvent optimiser leurs processus, réduire leur consommation d'énergie et contribuer à un avenir plus vert.

Le voyage vers une gestion portuaire efficace sur le plan énergétique n'en est qu'à ses débuts, et le potentiel d'innovation et d'amélioration est énorme. Si davantage de ports adoptent ces pratiques, l'impact collectif sur l'environnement et l'économie sera profond et ouvrira la voie à une industrie maritime plus durable.

À PROPOS DE L'AUTEUR

En tant que Chief Strategy Officer de compacer GmbH, Volker Hettich rend les processus numériques tangibles et visibles. Avec trois décennies d'expertise, il conseille des entreprises de renom dans les domaines de l'intégration des données et de l'automatisation des processus. Ses stratégies et modèles commerciaux innovants aident les entreprises à se développer et à prospérer dans l'environnement numérique dynamique actuel.