Krankenhaus spart Energie mit Integrated Architecture

Krankenhaus spart Energie mit Integrated Architecture

Herausforderung

  • Das York Hospital musste Energieeinsparungen realisieren und sichergehen, dass alle Investitionen in neue Technologie von den Einsparungen getragen würden – und das für die nächsten 15 Jahre.

Lösungen

Ergebnisse

  • Offenes, skalierbares System, bereitgestellt auf robuster, in der Branche bewährter COTS-Hardware
  • Signifikante Einsparungen werden bereits prognostiziert
  • „Erstklassige Unterstützung von Rockwell Automation“
  • Offene Lösung lässt sich während ihres 25-jährigen Lebenszyklus viel einfacher anpassen und weiterentwickeln
  • Sicherer und steuerbarer dezentraler Zugriff über Browser oder App

Vital Efficienci ersetzt herkömmliche Energiesteuerungslösung mit moderner Allen-Bradley Integrated Architecture zur Realisierung stetiger Energieeinsparungen in den nächsten 15 Jahren

Hintergrund

Der York Teaching Hospital NHS Foundation Trust wurde in den 1960er-Jahren konzipiert und in den 1970er-Jahren gebaut. Daher erreicht ein Großteil der Energie-Infrastruktur jetzt den End of Life. Darin sah der Trust die Chance, signifikante Verbesserungen bei der Art und Weise zu realisieren, wie das Krankenhaus Wärme und Strom erzeugt und verbraucht.

Mit über 8000 Mitarbeitern behandelt der Trust mehr als 700 000 Menschen jährlich. Das führt zu ähnlichen Energieanforderungen wie bei einer Kleinstadt. Tatsächlich hatte der Trust im Jahr 2012/13 kombinierte Gas- und Stromkosten von 2,45 Millionen GBP und Emissionen in Höhe von 13 586 Tonnen CO2.

Nach einer Ausschreibung wurde die Vital Energi Group als Anbieter einer CO2-armen Energielösung ausgewählt. Durch die Betreiberfirmen würden sich garantierte Emissions- und Kosteneinsparungen ergeben:

  • Vital Energi Utilities gestaltet, baut und betreibt umweltfreundliche Energielösungen für die lokale Erzeugung, Versorgung und Verteilung von Wärme, Strom und Kühlung.
  • Vital Solutions entwickelt und strukturiert langfristige Energieleistungsverträge für Krankenhäuser, Universitäten und große Unternehmens- und Industriestandorte.
  • Vital Efficienci gestaltet und realisiert Lösungen für weniger Energieverbrauch und CO2-Emissionen durch Messen, Verwalten, Steuern und Implementieren von Lösungen zur Senkung des Energieverbrauchs.

Vital Efficienci erhielt den Auftrag, den Energiebedarf des Krankenhauses zu reduzieren. Was die Herausforderung noch schwieriger machte, war die Tatsache, dass bei diesem Projekt von der Beschaffung bis zur Fertigstellung nur 20 Monate vergehen würden. Das durch die neue Infrastruktur gesparte Geld könnte dann in direkte klinische Versorgung investiert werden sowie in die Verbesserung der Services und in echte, spürbare Vorteile für die Einwohner von Yorkshire.

Vital Efficienci entwickelte gemeinsam mit Rockwell Automation eine maßgeschneiderte Energiemanagement- und Steuerungslösung. Sie würde dem Trust bei der Messung und Verwaltung des Energieverbrauchs helfen und der Vital Energi Group zu fortlaufender Verwaltung, Anpassung und Überwachung in Echtzeit dezentralen Zugriff auf den Standort geben.

Vital Energi Utilities war verantwortlich für die Auslieferung des Gesamtprojekts, und Vital Efficienci lieferte die komplette SCADA-Lösung.

Herausforderung

Das Projekt in York wurde in Zusammenarbeit mit dem Carbon and Energy Fund konzipiert und geliefert. Dieses Beschaffungsnetzwerk wurde ins Leben gerufen, um komplexe Upgrades der Energie-Infrastruktur für den NHS und den öffentlichen Sektor im Allgemeinen zu vereinfachen und zu verwalten. Das in Lösungen zur Senkung des CO2-Ausstoßes investierte Geld wird mit den generierten Einsparungen finanziert. Die Vital Group hat einen 15-Jahres-Vertrag für Betrieb und Instandhaltung. Dadurch werden jährliche Einsparungen sichergestellt. Wenn möglich, wird versucht, die garantierten Einsparungen zu übertreffen. Diese werden dann zwischen dem Trust und der Vital Energi Group aufgeteilt.

Vital Energi Utitilies war verantwortlich für die Auslieferung des Gesamtprojekts, und Vital Efficienci lieferte die komplette SCADA-Lösung sowie die Betriebsprinzipien und ‑philosophien und die für die Anlage entwickelte Optimierungsmethodik. Die Steuerungslösung besteht aus zwei Teilen:

  • Das BMS – geliefert von einem spezialisierten Zulieferer – verwaltet und optimiert die nachgelagerten Energieanlagen.
  • Das SCADA-System, bereitgestellt von Vital Efficienci, verwaltet und optimiert die Hauptenergiezentrale (Dampfkesselhaus) mit seinen beiden Hauptanlagenräumen und nutzt eine Allen-Bradley-Architektur.

Kenneth Kunz, Technical Director bei Vital Efficienci: „Da dies ist eine 15-Jahres-Vereinbarung ist, benötigten wir ein robustes Industriesystem, das in einer anspruchsvollen Umgebung dauerhaft stabil betrieben werden kann. Aus diesem Grund haben wir uns für unser eigenes SCADA-System entschieden und es auf bewährten, offenen Industriesystemen basiert. Dabei spielen programmierbare CompactLogix-Automatisierungssteuerungen von Rockwell Automation die Hauptrolle.“

Lösung

Das vorhandene Energiesystem bestand aus gasbetriebenen Dampfkesseln, gesteuert von einer älteren und jetzt nicht länger unterstützten Steuerungsarchitektur. Der Trust entschied, von nun an die allgemein als SCADA bekannte Energiesteuerungslösung (Energy Control Solution, ECS) von Vital Efficienci einzusetzen. Sie basiert primär auf Produkten der Allen-Bradley Integrated Architecture.

Der Trust war tatsächlich der erste Kunde des neuen Systems und erforderte ein komplettes Upgrade mit Entwicklung einer neuen Steuerungsinfrastruktur. „Wir haben verschiedene Module in unser ECS-System integriert“, erklärt Kenneth Kunz, „die einzigartig für die Vital Energi Group sind. Unsere Lösung ist sehr offen – im Gegensatz zu anderen typischen BMS-Systemen, die oft eher einer geschlossenen ‚Black Box‘ gleichen. Sie genügen für Alarme und Überwachungen, sind aber oft nicht für Energiezentralen optimiert. Wir haben neue Module entwickelt, die unser System auf dem Markt differenzieren.“

Vital Efficienci entwickelte diese Module intern und arbeitete beim Design und Schreiben von Software für das MBus-Protokoll (Kommunikation) mit Rockwell Automation zusammen. Industrielle Standard-Stromzähler nutzen MBus-Kommunikation, und damals war es nicht möglich, diese Messgeräte in die programmierbaren CompactLogix-Automatisierungssteuerungen zu integrieren. Daher schrieben der Rockwell Automation Global OEM Technical Consultant (GOTC) und Kenneth Kunz neue Software, die die Einbindung bestimmter Stromzähler in das gesamte Steuerungssystem unterstützt.“

„MBus ist kein Standard“, erklärt Kunz, „doch ich habe ein Modul für serielle Kommunikation von ProSoft Technology (einem Rockwell Automation Encompass-Partner) innerhalb der Logix-Familie gefunden. Daher konnten wir einen ASCII-Treiber entwickeln, der über das MBus-Protokoll kommunizieren würde. MBus kommt wirklich nur für Wärmezähler zum Einsatz, doch heutzutage bieten mehr und mehr Wärmezähler die Fähigkeit zur Nutzung von Modbus an. Wir haben in York MBus genutzt, doch in Zukunft werden wir Modbus-BDE/TCP-IP verwenden.“

Das ECS-System von Vital Efficienci läuft auf programmierbaren Allen-Bradley® CompactLogix™ L33ER- und L24ER-Automatisierungssteuerungen, die über ein Glasfaser-EtherNet/IP™-Netzwerk betrieben werden. Dieses Netzwerk wird von mehreren Eingangs-/Ausgangspunkten und Managed Ethernet-Switches Stratix 5700™Managed Ethernet-Switches bedient.

Vital Energi Group bietet eine einzigartige Lösung für den dezentralen Zugriff auf das System des Trusts, entweder mit Backend-Zugriff oder über eine Smartphone-App.

„Wir benötigen diese unterschiedlichen Schnittstellen, weil wir eine Vielzahl von Gas-, Dampf-, Strom- und Wärmezählern in der ganzen Energiezentrale haben, die Sollwerte messen“, führt Kenneth Kunz aus. „Diese Datenpunkte ermöglichen uns die Eintragung von Rohdaten in eine tägliche CSV-Datei, die um Mitternacht an unsere Firmenzentrale in Blackburn gesendet und dann in der Cloud gespeichert wird. Die Daten werden alle 30 Minuten erfasst und dann in spezielle Software eingegeben. So können wir erkennen, wo Einsparungen realisiert werden, und die Zahlen mit den gewünschten Sollwerten vergleichen.“

Letztes Jahr hat Kenneth Kunz den Standard für Messungen bei Vital geändert, um hochwertigere, gleichförmigere Daten zu erfassen. „Jetzt, da sich alle Daten gleichen, wird die tägliche Arbeit damit erheblich vereinfacht. Die Datenerfassung basiert auf SQL, einer flexiblen Lösung, die auch über Schnittstellen zu vielen anderen Systemen verfügt. Zudem wurde das System basierend auf etablierten Standards mit Produkten entwickelt, die für viele Jahre auf dem Markt verfügbar sein werden.

„Über den programmierbaren CompactLogix-Automatisierungssteuerungen befindet sich ein Satz vollständiger Server, mit dem wir sichergehen können, dass das gesamte System, das wir entwerfen und liefern, robust, skalierbar und zukunftssicher ist“, erklärt Kunz. „Der ESC Supervisor Server kümmert sich um die Grafik und die SQL-Lösung, der ECS Report Server arbeitet mit ihm zusammen und generiert die Daten. Beide werden mit nur einem Bildschirm, einer Tastatur und einer Maus gesteuert. Außerdem sind die Server fehlersicher – für den Fall, dass einer ausfällt oder wir ihn zur Instandhaltung herunterfahren müssen.“

Leistungsdaten werden alle 30 Minuten erfasst und in spezielle Software eingegeben. So können die Bediener erkennen, wo Einsparungen realisiert werden, und die Zahlen mit den gewünschten Sollwerten vergleichen.

Kenneth Kunz ist auch der Ansicht, dass die Vital Energi Group im Vergleich zu typischen Ansätzen eine einzigartige Lösung anbietet. „Wir können auf zweierlei Weise auf das System des Trusts zugreifen: entweder über das Backend oder mit einer Smartphone-App. Der Backend-Zugriff erfolgt mit einem Browser auf eine feste IP-Adresse. Dadurch können wir uns mit dem ECS-Supervisor des Trusts verbinden. Der Zugriff erfolgt verschlüsselt und bietet verschiedene Zugriffsebenen. Er umfasst eine Bedienerschnittstelle, in der unsere Ingenieure verschiedene Einstellungen ändern können, etwa Sollwerte oder Alarme. App-Zugriff ist eher für unsere Ingenieure geeignet, doch wir können ihn für andere Personen freigeben. Unsere Open-Source-App ist sehr beliebt und kann für Apple und Android kostenlos geladen werden.“

Vital Efficienci entwickelte zudem ein System zur Alarmverwaltung und ‑aufzeichnung, das von Vital-Mitarbeitern überwacht und von Ingenieuren zur Verwaltung des On-Call-Systems genutzt wird. Es verwendet ein industrielles mobiles Modem und eine SIM-Karte (mit Antenne). Jedes Mal, wenn in der programmierbaren Allen-Bradley-Automatisierungssteuerung ein Alarm ausgelöst wird, blinkt er auf dem Gerät auf, erscheint auf dem ECS-Supervisor-Server und wird per SMS, Telefon und E-Mail an den diensthabenden Ingenieur gesendet. Vital Energi und der Trust können dann bestimmen, welche Art Aktionen ausgeführt werden sollte, und können die Prioritäten je nach Schweregrad des Vorfalls festlegen.

„Jetzt, da die ECS-Lösung ausgeliefert, installiert und bewährt ist, sind wir umfassend auf ein viel größeres Spektrum an Projekten und Anwendungen vorbereitet“, freut sich Kunz, „und das sind nicht nur Krankenhäuser – jede größere Einrichtung kann davon profitieren. Wir sehen uns in Kürze Industriekomplexe an; unser System ist flexibel und kann mit der Vielfalt umgehen.“

Ergebnisse

Brian Golding, der Energy Manager des Trusts, erklärt: „Wir wollten, dass Vital sich an unseren fundamentalen Zielen orientiert: der Reduzierung unseres CO2-Ausstoßes, der Senkung unseres Energieverbrauchs, der Verbesserung unserer elektrischen Ausfallsicherheit und der Modernisierung des Projekts für die nächsten 15 Jahre.“

„Brian ist wirklich beeindruckt von unserer Lösung“, führt Kenneth Kunz aus. „Sie wurde innerhalb des vereinbarten Zeitraums geliefert und installiert, und in dem einjährigen Betrieb sind bisher keinerlei Probleme aufgetreten. Die Lösung bietet das Maß an Steuerung und Energieeinsparungen, das im Originaldesign anvisiert war. Das System wird fortlaufend weiterentwickelt, und dank der Flexibilität und Skalierbarkeit der Allen-Bradley Integrated Architecture kann es leicht auf vorhandenen Systemen bereitgestellt werden, wie denen, die wir in York gesehen haben.“

„Qualität ist ein bedeutender Faktor, und wir müssen an die Ausrüstung glauben, die wir liefern“, erklärt Kunz. „Wir benötigen robuste Lösungen, basierend auf hochwertigen Materialien. Bei jedem Projekt, an dem wir arbeiten, achten wir auf hohe Qualität. Daher müssen wir hochwertigen Input nutzen, um hochwertige Ergebnisse zu erzielen.

„Die Unterstützung von Rockwell Automation in Großbritannien war herausragend“, schließt Kenneth Kunz. „Ohne das richtige Team um Sie herum und ohne den passenden Input von Lieferanten können Sie keine Ziele erreichen und dabei erfolgreich sein – Rockwell Automation ist in der Tat Teil unseres Teams.“

Die oben genannten Ergebnisse beziehen sich speziell auf die von der Vital Energi Group und dem York Teaching Hospital NHS Foundation Trust in Kombination mit weiteren Produkten genutzten Produkte und Services von Rockwell Automation. Die jeweiligen Ergebnisse können sich von Kunde zu Kunde unterscheiden.

Kontakt

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