Hoe een digitale tweeling de Europese havens helpt energie te bespare

Energie-efficiëntie is een belangrijk aandachtspunt geworden voor de Duitse economie, vooral sinds de Groenen in de Duitse regering zitten. Veel bedrijven, waaronder havens en terminalfaciliteiten, zijn op zoek naar manieren om hun activiteiten energie-efficiënter en CO2-neutraal te maken. De ontwikkeling van digitale tweelingen speelt hierbij een cruciale rol en dit is nog maar het begin van een transformatieve reis.

Om het belang van digitale tweelingen te begrijpen, moeten we eerst de voorwaarden voor het succes van havens en terminals erkennen. Deze omvatten het veilig, efficiënt en intelligent maximaliseren van capaciteit en doorvoer. Logistieke en digitale hubs langs kritieke transportstromen - en de naadloze overgang tussen schip, weg en spoor - moeten een minimale impact hebben op het milieu. Om internationaal te kunnen concurreren, moeten havens prioriteit geven aan innovatieve technologieën en duurzame oplossingen. Hoewel duurzaamheidsprojecten steeds algemener worden, wordt het opzetten van een digitale twin voor energieoptimalisatie beschouwd als de gouden standaard.

VAN OUD NAAR NIEUW

Een opmerkelijk voorbeeld komt van een haven in Noord-Duitsland, waar twee containerkranen waarvan de capaciteit niet langer toereikend was voor gebruik in deze haven, werden ontmanteld en via de Oostzee naar Estland verscheept. Tijdens de ingebruikname op de nieuwe locatie werd van de gelegenheid gebruik gemaakt om een digitale twin van het energiebeheersysteem voor deze kranen te maken met als doel hun energie-efficiëntie bij toekomstige activiteiten te verbeteren.

Deze kranen hadden hun oorspronkelijke haven meer dan 15 jaar lang goed gediend en konden schepen tot 14.000 containers behandelen. Naarmate de wereldwijde scheepvaart evolueerde, werden vrachtgiganten met een capaciteit tot 23.000 containers echter de standaard in grote havens. Als gevolg daarvan werd het gebruik van deze kranen minder lucratief in hun oude thuishaven. Hun reikwijdte en gieklengte konden niet langer voldoen aan de eisen van de grotere containerschepen.

Om nieuwe containerterminals met grotere overslagvolumes te kunnen huisvesten, werd besloten om de twee bestaande kranen te verplaatsen. Omdat de kranen nog in goede staat waren, vonden ze een nieuw onderkomen in een kleinere Estse partnerhaven. Het transport van de 1400 ton zware kranen was een logistieke uitdaging die zorgvuldig gepland moest worden, rekening houdend met de getijden. Maar dit project was een meesterwerk van duurzaamheid.

Het idee om de containerkranen te hergebruiken leidde tot verdere projecten om processen, kosten en energieverbruik te optimaliseren. Het werd al snel duidelijk dat de digitalisering en automatisering van de verschillende hardware- en softwarecomponenten die nodig zijn voor de werking van de kranen een centrale rol zouden spelen. Deze kranen, die bestonden uit talloze componenten van verschillende fabrikanten, waren al meer dan anderhalf decennium in bedrijf - wat betekende dat het oorspronkelijke ontwerp bijna 20 jaar oud was. Het is daarom begrijpelijk dat het digitaliseringsniveau van deze complexe kraanstructuren verouderd was. Het was daarom niet alleen cruciaal om de kranen na hun overdracht weer in elkaar te zetten, maar ook om een manier te vinden om de hardwarecomponenten uit te rusten met moderne sensortechnologie die een betrouwbare en toekomstgerichte besturing door de havenexploitant mogelijk zou maken.

MEER TRANSPARANTIE: JE KUNT ALLEEN CONTROLEREN WAT JE WEET

De havenexploitant besefte dat het achteraf aanpassen van de kraan niet overal op dezelfde manier kon worden toegepast en gaf voorrang aan de digitalisering van het energiebeheer vanwege het belang ervan voor de bescherming van het milieu. Tijdens het laad- en losproces wordt zowel energie verbruikt als opgewekt. Het optillen van een container kost bijvoorbeeld veel energie, terwijl de horizontale beweging van het schip naar de wal minder energie verbruikt en er zelfs energie wordt opgewekt tijdens het lossen. Het doel was om energieverbruik en -opwekking te integreren in de havenactiviteiten.

Eén idee was om de energie die tijdens het lossen wordt opgewekt te gebruiken om de automatisch geleide voertuigen (AGV's) aan te drijven die worden gebruikt voor transport vanaf de wal. Het voordeel van deze aanpak is dat het operationele laadbeheer van deze voertuigen al in hoge mate gedigitaliseerd is, waardoor het gemakkelijk te traceren is waar stroom nodig is.

De grootste uitdaging was de zichtbaarheid van de gegevens. Om dit te verhelpen werden extra sensoren voor energiemeting - of elektriciteitsmeters - geïnstalleerd op de kranen die opnieuw in gebruik werden genomen in Estland om gegevens te verkrijgen over de stroomvraag en -opwekking. Om de verkregen gegevens effectief te kunnen analyseren en gebruiken, wendde de haven zich tot de digital twin-technologie.  

Maar wat is een digital twin precies? Er zijn verschillende interpretaties, maar Wikipedia beschrijft het als de digitale representatie van een tastbaar of ontastbaar object uit de echte wereld in de digitale wereld. Digital twins zijn welbekend in de productieomgeving - vooral in de auto-industrie - waar ze meestal gebruikt worden om nieuwe producten te ontwikkelen, productieprocessen te verbeteren of specifieke situaties te simuleren. Ze werken voornamelijk in testomgevingen.  

In de context van het bovengenoemde havenproject verwijst de term “digitale tweeling” naar de digitale weergave van de sensorgegevens van de kraan.

DIGITALE TWEELING

De volgende vraag is hoe de sensorgegevens kunnen worden vastgelegd en gevisualiseerd. Kan de informatie worden gestructureerd en geanalyseerd? Is het mogelijk om de gegevens te integreren in het bestaande havenbeheersysteem en te koppelen aan andere partnersystemen, zoals SAP of de Terminal Operating Systems (TOS) die vaak in havens worden gebruikt? Kunnen het Port Community System (PCS) en andere ordermanagementsystemen worden geïntegreerd? Deze vragen werden gesteld voordat werd gezocht naar een digitale datahub die niet alleen gegevensuitwisseling zou vergemakkelijken, maar ook een oplossing zou bieden voor conditiebewaking via de gegevens.

De hoop was om een digitale twin te genereren met brede evaluatie- en verbindingsmogelijkheden. En dat lukte. Met behulp van het edbic Business Integration Cluster van compacer als dataknooppunt kon de haven voorheen verborgen gegevens blootleggen en visualiseren. Bovendien werden de gegevens van de nieuwe sensoren gepresenteerd in een gestandaardiseerde structuur - het zogenaamde meta-formaat - die eenvoudig kan worden geïntegreerd in het bestaande softwarelandschap.

Het resultaat is een uitgebreide verzameling van “oude gegevens” en nieuwe energiesensoren die een concrete visualisatie biedt van de energiebehoeften en de energie die wordt opgewekt door de twee containerkranen. De gegevens zijn gedetailleerd en betekenisvol en stellen de havenexploitant in staat om energie efficiënt te beheren.

Terwijl in het verleden de energie die tijdens het lossen werd gegenereerd achteloos als warmte in de lucht werd uitgestoten, is het nu mogelijk om deze energie op te slaan en voor andere doeleinden te gebruiken. Software ondersteund door kunstmatige intelligentiemethoden maakt een voorspelling van het toekomstige verbruik. In combinatie met gegevens van andere bedrijven, toepassingen en cloudservices kan deze voorspellingssoftware de elektriciteitsstroom tot een week van tevoren voorspellen met een nauwkeurigheid van 96 tot 98 procent.

Het doel op lange termijn is om een optimaal ontworpen energiecyclus op te zetten die proactief de timing van de vraag naar elektriciteit herkent en het mogelijk maakt om de opgewekte energie softwarematig te hergebruiken in een continu proces.

KOPIËREN & PLAKKEN: HOE SUCCESVOLLE CONCEPTEN KUNNEN WORDEN GEDUPLICEERD

Daar houden de voordelen niet op. Andere Europese havens binnen dezelfde groep willen deze aanpak nu opschalen en toepassen. Voortbouwend op de ervaring in Estland willen ze het energiebeheer in andere containerterminals verbeteren en CO2 besparen.

Er zijn ook plannen om het principe van de digitale twin uit te breiden naar andere gebieden - bijvoorbeeld naar het monitoren van kabellengtes. Dit zou een stap zijn in de richting van voorspellend onderhoud, omdat het monitoren van kabellengtes en de bijbehorende kabelkwaliteit zou kunnen helpen om stilstand en storingen van containerkranen van tevoren te herkennen en dus te voorkomen.

Uiteindelijk is het koppelen van horizontale en verticale processen de sleutel tot succes op de weg naar energiebesparend en hulpbronefficiënt havenbeheer. Alleen door de maximale hoeveelheid gegevens uit de operationele havencomponenten te halen en deze te visualiseren voor verdere verwerking kunnen moderne havens op een energiebesparende manier werken en “groener” worden.

CONCLUSIE

Samengevat betekent de integratie van digital twins in havenactiviteiten een aanzienlijke vooruitgang in energiebeheer en duurzaamheid. Door gebruik te maken van moderne technologie kunnen havens hun processen optimaliseren, het energieverbruik terugdringen en bijdragen aan een groenere toekomst.

De reis naar energie-efficiënt havenbeheer is nog maar net begonnen en het potentieel voor innovatie en verbetering is enorm. Naarmate meer havens deze praktijken overnemen, zal de collectieve impact op het milieu en de economie groot zijn en de weg vrijmaken voor een duurzamere maritieme industrie.

OVER DE AUTEUR

Als Chief Strategy Officer bij compacer GmbH maakt Volker Hettich digitale processen tastbaar en zichtbaar. Met drie decennia aan expertise adviseert hij bekende bedrijven op het gebied van data-integratie en procesautomatisering. Zijn innovatieve strategieën en bedrijfsmodellen helpen bedrijven om te groeien en te bloeien in de dynamische digitale omgeving van vandaag.