Development of centrifugal pump digital twin for energy efficiency analysis

Abstract

This thesis focuses on the development of a pump digital twin for energy audits. Understanding how energy is used in a process is critical for performing energy-efficiency improving measures. Viimatech has a digital twin-based solution for energy auditing of centrifugal pumps. Pump digital twin is a potentially cost-effective method to estimate centrifugal pump operation and to perform energy analysis for pump systems. Accurate information on cost-effectiveness is seen as a way to lower the barrier on energy-efficiency investments.

First, the operation of pump systems and the pump digital twin is discussed from the energy-efficiency perspective. The performance of a pump digital twin in energy audits is assessed with an error analysis in the second section. Method for correcting energy saving estimates based on the error analysis is also proposed. Different calibration methods for the pump digital twin are compared and a new method is also proposed.

Finally, the process of the digitalized energy audit using the pump digital twin is reviewed. Challenges and potential solutions in the process are presented. The digital energy audit was deemed not to fit into pre-existing models of energy audit presented in different literature sources. A scheme for the execution of digital energy audit is also proposed.

Tässä työssä käsitellään pumpun digitaalisen kaksosen kehitystä energiakatselmointia varten. Ymmärrys energian käytöstä on keskeistä prosessien energiantehokkuutta ymmärtäessä. Viimatech on kehittänyt digitaaliseen kaksoseen perustuvan tavan toteuttaa energiakatselmuksia keskipakoispumpuille. Pumpun digitaalinen kaksonen on potentiaalisesti kustannustehokas ratkaisu keskipakoispumppujen toiminnan arvioimiseen ja pumppausjärjestelmien energia-analyysien suorittamiseen. Tarkan tiedon saaminen energiatehokkuusinvestointien kustannustehokkuudesta nähdään tärkeänä osana niiden toteutumisen takaamiselle.

Tekstin kirjallisuusosassa käsitellään pumppausjärjestelmien ja pumpun digitaalisen kaksosen toimintaa etenkin energiatehokkuuden kehityksen näkökulmasta. Pumpun digitaalisen kaksosen suorituskykyä energiakatselmuksissa arvioidaan virheanalyysillä työn käytäntö osuudessa. Myös virheanalyysiin perustuva energiansäästöestimaatin korjausmenetelmä esiteltiin. Eri pumpun digitaalisen kaksosen kalibrointimetodeja vertailtiin ja myös uusi kalibrointimetodi esiteltiin.

Työn viimeisessä osassa tarkastellaan pumppujen digitaalisen energiakatselmuksen prosessia. Kappaleessa käydään läpi prosessin haasteita ja mahdollisia korjauksia niille ehdotetaan. Pumppujen digitaalisen energiakatselmuksen ei katsottu sopivan kirjallisuudessa ennestään esitettyihin malleihin energiakatselmuksista. Kappaleessa esitellään myös kaava pumppujen digitaalisen energiakatselmuksen kulusta.