Un hôpital économise l'énergie avec Integrated Architecture

Un hôpital économise l'énergie avec l'Integrated Architecture

Défi

  • L'hôpital de York avait besoin d'économiser de l'énergie et, pour les 15 années à venir, souhaitait financer tous ses achats en nouvelles technologies par les économies ainsi réalisées.

Solutions

Résultats

  • Système ouvert et évolutif déployé sur un matériel commercial prêt à l'emploi (COTS) performant et éprouvé en milieu industriel
  • Économies importantes déjà prévues
  • « Assistance exceptionnelle de Rockwell Automation »
  • La solution ouverte s'adaptera et évoluera beaucoup plus facilement sur un cycle de vie de 25 ans
  • Accès distant sécurisé et contrôlable par navigateur ou application

Vital Efficienci remplace la solution de commande d'énergie existante par une Integrated Architecture Allen-Bradley moderne afin de réaliser des économies d'énergie continues au cours des 15 prochaines années.

Contexte

Le York Teaching Hospital NHS Foundation Trust a été conçu dans les années 60 et construit dans les années 70 ; une grande partie de son infrastructure énergétique arrive désormais en fin de vie. Pour le Trust, c'est l'occasion d'améliorer sensiblement la manière dont l'hôpital produit mais aussi consomme la chaleur et l'énergie.

Avec plus de 8 000 employés, le Trust soigne plus de 700 000 personnes par an, soit des besoins énergétiques comparables à ceux d'une petite ville. En 2012/13, le Trust a ainsi dû s'acquitter d'une facture cumulée (gaz et électricité) de 2,45 millions de livres sterling, et émis 13 586 tonnes de CO2.

Suite à un appel d'offres concurrentiel, le groupe Vital Energi a été sélectionné pour fournir, via ses sociétés d'exploitation, une solution énergétique garantissant une réduction des émissions carbone et des coûts énergétiques :

  • Vital Energi Utilities, qui conçoit, crée et exploite des solutions énergétiques à faibles émissions carbone de génération, approvisionnement et distribution localisées de chaleur, d'énergie et de refroidissement ;
  • Vital Solutions, qui développe et structure des contrats de performances d'énergie sur le long terme pour les hôpitaux, les universités et de grands sites commerciaux et industriels ;
  • Vital Efficienci, qui conçoit et fournit des solutions de réduction de la consommation d'énergie et des émissions carbone en mesurant, gérant, contrôlant et mettant en place des dispositifs de réduction de la consommation d'énergie.

Vital Efficienci a eu pour mission de réduire la demande en énergie de l'hôpital, un défi d'autant plus grand que le projet passerait de l'étape d'approvisionnement à celle de la mise en route en seulement 20 mois. L'argent économisé par la nouvelle infrastructure pourrait ensuite être investi dans les soins médicaux de première ligne, l'amélioration des services et l'apport d'avantages réels et tangibles aux habitants du Yorkshire.

Vital Efficienci a travaillé avec Rockwell Automation pour élaborer une solution de gestion d'énergie et de commande sur mesure qui aiderait le Trust à mesurer et à gérer sa consommation d'énergie, tout en permettant au groupe Vital Energi d'accéder au site à distance et en temps réel afin d'assurer en continu la gestion, l'équilibrage et la surveillance.

Vital Energi Utilities a géré l'exécution du projet global, Vital Efficienci fournissant de son côté la solution complète d'acquisition et contrôle des données

Défi

Le projet de York a été exécuté et mis en œuvre en accord avec le Carbon and Energy Fund, une infrastructure d'approvisionnement créée pour faciliter et gérer des améliorations d'infrastructure énergétique complexes pour le NHS et le secteur public étendu. L'argent investi dans les solutions de réduction du CO2 provient des économies générées. Le groupe Vital a signé un contrat d'exploitation et de maintenance de 15 ans, qui permettra de s'assurer que des économies sont effectivement réalisées chaque année. Si possible, il essaiera d'augmenter les économies garanties, qui seront ensuite partagées entre le Trust et le groupe Vital Energi.

Vital Energi Utilities a géré l'exécution du projet global, Vital Efficienci fournissant de son côté la solution complète d'acquisition et de contrôle des données, en plus des principes et pratiques d'exploitation, et de la méthodologie d'optimisation développée pour l'usine. La solution de commande est divisée en deux parties :

  • le BMS, fourni par un partenaire d'approvisionnement spécialisé, qui gère et optimise les actifs d'énergie en aval ;
  • le système d'acquisition et contrôle des données, fourni par Vital Efficienci, qui gère et optimise le centre énergétique principal (chaufferie) et ses deux locaux techniques principaux, et utilise une architecture Allen-Bradley.

Selon Kenneth Kunz, directeur technique chez Vital Efficienci : « S'agissant d'un accord de 15 ans, nous avions besoin d'un système industriel performant pouvant fonctionner dans un environnement exigeant, tout en restant stable. C'est pour cette raison que nous avons décidé d'adopter notre propre système d'acquisition et contrôle des données, en l'adossant sur des systèmes industriels éprouvés et ouverts où les PAC CompactLogix Rockwell Automation jouent un rôle central. »

Solution

Le système d'énergie existant se composait de chaudières à vapeur alimentées au gaz et contrôlées par une architecture de commande ancienne, qui n'était plus prise en charge. Le Trust a décidé d'utiliser l'ECS (Energy Control Solution), un système d'acquisition et contrôle des données de Vital Efficienci, principalement fondée sur les produits Integrated Architecture Allen-Bradley.

Premier client de ce système, le Trust avait exigé que la nouvelle infrastructure de commande soit entièrement modernisée et déployée. « Nous avons mis au point différents modules dans notre système ECS, qui sont une exclusivité du groupe Vital Energi », explique M. Kunz. Notre solution est très ouverte, contrairement à d'autres systèmes BMS typiques, qui peuvent souvent être un peu plus fermés et semblables à une boîte noire. Ils offrent des résultats satisfaisants pour les alarmes et la surveillance, mais ne sont souvent pas optimisés pour les centres d'énergie. Nous avons mis au point de nouveaux modules pour proposer une solution sans équivalent sur le marché. »

Vital Efficienci a effectué le codage en interne et travaillé avec Rockwell Automation sur la conception et l'écriture du logiciel pour le protocole MBus (communications). Les compteurs d'énergie standard du secteur industriel utilisent les communications MBus et, à l'époque, il n'était pas possible d'intégrer ces compteurs dans les PAC CompactLogix. Le consultant technique OEM international (GOTC Global OEM Technical Consultants) Rockwell Automation et M. Kunz ont donc écrit un nouveau logiciel destiné à gérer l'intégration de certains compteurs d'énergie dans le système de commande global. »

MBus n'est pas une norme, explique M. Kunz, mais j'ai trouvé un module de communications en série de ProSoft Technology (un partenaire Encompass Rockwell Automation) dans la famille Logix ; nous avons donc pu développer un moteur ASCII pour communiquer avec le protocole MBus. MBus est en fait utilisé uniquement pour les compteurs de chaleur, mais actuellement, de plus en plus de ces compteurs offrent la capacité d'utiliser Modbus. Nous avons utilisé MBus à York, mais à l'avenir, nous utiliserons Modbus RTU/TCP-IP. »

Le système ECS de Vital Efficienci s'exécute sur des automates Allen-Bradley® CompactLogix™ L33ER et L24ER sur un réseau fibre réseau fibre EtherNet/IP™ desservi par plusieurs points d'E/S et des switchs Ethernet administrables Stratix 5700™.

Le groupe Vital Energi a ceci d'unique qu'il permet d'accéder à distance au système de Trust en « back access » ou via une application sur smartphone

« Nous avons besoin de ces différentes interfaces car nous possédons beaucoup de compteurs de gaz, de vapeur, d'électricité et de chaleur qui mesurent les valeurs réglées autour du centre de production d'énergie », poursuit M. Kunz. « Ces points de données nous permettent de remplir un fichier CSV quotidien avec des données brutes, qui est envoyé à minuit à notre siège social de Blackburn, puis stocké sur le cloud. Collectées toutes les 30 minutes, les données sont ensuite saisies dans un logiciel spécialisé, ce qui nous permet de voir où sont réalisées les économies et de comparer les chiffres par rapport aux valeurs souhaitées. »

L'année dernière, M. Kunz a changé la norme de mesure de Vital pour obtenir une meilleure qualité et des données plus uniformes. « À présent, tout est identique et beaucoup plus facile à utiliser au quotidien. La collecte de données s'appuie sur le SQL, une solution flexible qui s'interface également avec beaucoup d'autres systèmes. Le système a été conçu d'après des normes satisfaisantes, avec des produits qui resteront disponibles sur le marché pendant de nombreuses années.

« Au-dessus des PAC CompactLogix, on trouve un ensemble de serveurs complets qui veillent à ce que tout le système que nous concevons et fournissons soit performant, stable et évolutif », explique M. Kunz. « Le serveur ECS Supervisor gère la partie graphique et la solution SQL, tandis que le serveur de rapports ECS fonctionne en parallèle pour générer les données. Les deux se contrôlent avec un écran, un clavier et une souris. Les serveurs sont également sécurisés, si l'un cesse de fonctionner ou si nous devons en arrêter un pour des opérations de maintenance. »

Collectées toutes les 30 minutes, les données sont ensuite saisies dans un logiciel spécialisé, ce qui permet aux opérateurs de voir où sont réalisées les économies et de comparer les chiffres par rapport aux valeurs souhaitées.

M. Kunz estime également que le groupe Vital Energi offre une solution unique par rapport aux approches classiques. « Pour accéder à distance au système du Trust, nous avons le choix entre le « back access » ou une application sur smartphone. Le « back access » s'effectue via un navigateur, avec une IP fixe. Il nous permet de nous connecter au dispositif de surveillance de l'ECS du Trust. L'outil est chiffré et propose différents niveaux d'accès. Il comprend une interface opérateur où nos propres ingénieurs peuvent modifier différents éléments, des valeurs ou des alarmes, par exemple. L'accès par application est plutôt destiné à nos ingénieurs, mais nous pouvons l'étendre à d'autres personnes. Notre application open source est très appréciée et peut être téléchargée gratuitement en version Apple ou Android. »

Vital Efficienci a également développé un système de gestion des alarmes et d'enregistrement qui est surveillé par le personnel de Vital et utilisé par ses ingénieurs pour gérer son système d'astreinte. Il utilise un modem mobile industriel et une carte SIM (avec une antenne). Chaque fois qu'une alarme est générée dans le PAC Allen-Bradley, elle clignote sur le panneau, s'affiche sur le serveur de surveillance de l'ECS et est envoyée à l'ingénieur en service par SMS, téléphone et e-mail. Vital Energi ou le Trust peuvent ensuite déterminer quelles actions ils souhaitent mener et peuvent hiérarchiser les problèmes selon leur gravité.

« Maintenant que la solution ECS a été livrée, installée et éprouvée, nous sommes entièrement préparés à gérer un éventail bien plus étendu de projets et d'applications », s'enthousiasme M. Kunz, « et pas seulement pour les hôpitaux : tous les grands établissements peuvent en profiter. Nous nous tournerons bientôt vers des complexes industriels ; notre système est flexible et peut gérer la diversité. »

Résultats

Brian Golding, responsable de l'énergie du Trust, explique : « Nous voulions que Vital étudie nos buts fondamentaux : limiter notre empreinte carbone, réduire notre consommation d'énergie, améliorer notre résilience en électricité et faire vivre le projet sur 15 ans. »

« M. Golding est impressionné par notre solution », déclare M. Kunz ; « elle a été livrée et installée dans les délais convenus et n'a rencontré aucun problème après un an de fonctionnement. Elle offre le niveau de contrôle et les économies d'énergie envisagés dans la conception originale. Le développement du système va se poursuivre et, avec la flexibilité et l'évolutivité de la solution Integrated Architecture Allen-Bradley, il peut être facilement déployé sur les systèmes existants, comme nous l'avons vu à York. »

« La qualité est un facteur clé et nous devons faire confiance à l'équipement que nous déployons », explique M. Kunz. « Nous avons besoin de solutions solides basées sur des matériaux de pointe. Nous insistons sur la qualité pour chaque projet sur lequel nous travaillons, et devons donc utiliser les informations de qualité pour livrer des résultats de qualité.

Le support de Rockwell Automation au Royaume-Uni a été exceptionnel », conclut M. Kunz. « Sans une bonne équipe autour de soi et des informations correctes des fournisseurs, on ne peut pas atteindre ses objectifs et réussir ; Rockwell Automation fait partie intégrante de notre équipe. »

Les résultats mentionnés ci-dessus sont spécifiques à l'utilisation par le groupe Vital Energi et le York Teaching Hospital NHS Foundation Trust des produits et services de Rockwell Automation, conjointement à d'autres produits. Les résultats peuvent varier selon le client.

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