Prozesu, osagai edo objektu baten erreplika birtualak dira, beren homologo fisikoaren portaera erreproduzitzeko gai direnak, egoera jakin batzuetan haien erreakzioa monitorizatu eta aztertzeko, errendimendua eta eraginkortasuna hobetzeko.

2002an lehen aldiz erabili zenetik Michael Grieves doktorearen eskutik, teknologia hau laugarren industria-iraultzara konektatuta egon da; Industria 4.0 bezala ere ezagutzen da.

Izan ere, KPMGk argitaratutako "Beyond the hype of i4.0" bezalako txostenek argi eta garbi identifikatzen dute teknologia hori funtsezko tresna dela Industria 4.0 hori lortzeko.

Hori lortzeko, biki digitalak Big Data, Gauzen Internet (IoT) eta Adimen Artifizialaren (ai) soluzioen eskutik joan behar du. Esparru horretan, objektu erreal "gauzez" (sentsorez eta softwareaz hornituak) eta beste teknologia batzuez osatutako ingurune bat sortzen da, Internet bidez datuak trukatzeko helburuarekin, ondoren Gemelo Digital batek prozesatu ditzakeenak.

Baina, nola izan daiteke biki digital bat benetan baliagarria industriarako?

Biki Digitala ia edozein industria-prozesutan inplementatzeko gai da, zenbait helburutarako, hala nola prozesu jakin bateko osagai baten errendimendua optimizatzeko, lehengaien kontsumoa murrizteko edo erabaki operatibo azkarrak hartzeko, kanpoko baldintzen arabera, besteak beste. Biki digital bat prozesu batean aplikatzen denean identifikatzen diren onura nagusiak honako hauek dira:

• Kostuak murriztea
• Arriskuak eta diseinu-denbora murriztea
• Prebentziozko mantentze-lanak hobetzea
• Osagaien balio-bizitzaren hedadura
• Eragiketa-eraginkortasunik ezak identifikatzea
• Konplexutasuna eta birkonfigurazio-denbora murriztea
• Fabrikazioaren kudeaketa hobetzea
• Malgutasuna eta lehiakortasuna handitzea
• Berrikuntza sustatzea

Biki Digitalen aplikazio nabarmenetako bat beroak esku hartzen duen prozesuak dira. CIC energiGUNEn lau arlotan zentratzen gara nagusiki: prozesu industrialak (altzairua, zementua, forja, beira...), energia berriztagarriak (kontzentrazioko eguzki energia edo termosolarra), ibilgailu elektrikoa eta etxeko beroa.

Prozesu industrialetan beroa kudeatzeko biki digitalak

Prozesu industrial intentsiboetan, hala nola altzairuaren, zementuaren, forjaren edo beiraren ekoizpenean, energia kantitate izugarria kontsumitzen da bero moduan. Hainbat azterlanen arabera, prozesu horietan behar den energiaren % 20 eta % 50 artean atmosferara askatzen da.

Historikoki, energia hori ez da berreskuratu eta berrerabili, eskatutako teknologiek errepikatze-denbora handiak baitzituzten, industria-beharrekin bateragarriak ez zirenak. Egoera hori azaltzen duen arrazoietako bat erregai fosilen prezio baxua da, hala nola gas naturala, energia termikoa ekoizteko erabiltzen dena, edo ingurumen-araudi laxo samarrak.

Hala ere, azken urteotan, ingurumen-murrizketek, karbono-bonuek edo erregai fosilen prezioaren igoerak sortutako hondar-beroa aprobetxatzeko alternatibak bilatzera behartzen dituzte industriak. Alternatiba horiek elektrizitatea ekoiztea, barne-prozesu batean berrerabiltzea edo kanpoan merkaturatzea (hiriko berokuntza-sareak) izan ohi dira.

Hondar-beroaren ezaugarri komun bat da ez dela beti potentzia eta/edo tenperatura berean edo modu jarraituan sortzen. Hala ere, beroaren aplikazio posible ia guztiek bero-iturri konstanteak behar dituzte.

Esparru horretan, biki digitalak funtsezko eginkizuna betetzen du industria-sektorean beroa berreskuratzeko sistemen aplikazioa sustatzeko; izan ere, aukera eman dezake, adibidez, energia termikoaren biltegiratzea (TES), bero-trukagailua, potentzia-blokea edo berokuntzako hiri-sarea bezalako osagaien aprobetxamendu ezin hobea egiteko, energia termikoaren bat-bateko ekoizpenaren eta eskaeraren arabera.

Ondorioz, horrelako tresnek argi eta garbi laguntzen dute beroa berreskuratzeko sistemek behar duten amortizazio-denbora murrizten. Aplikazioaren adibide bat Lyonetik gertu dagoen Rillieux-la-Pape hiri-berokuntzako sarearen kasua da; bertan, Engie Cofelyk soluzio digital bat instalatu zuenetik, sareko energia berriztagarrien tasa % 91ra igo zen. Horietatik, % 80 hondakinak errausteko instalazio batetik berreskuratutako hondar-berotik, biomasa-planta batetik eta gas-galdara batetik dator.

Biki digitalak eguzki-energia kontzentrazio zentraletarako

Eguzki-energia kontzentrazio zentraletan edo termosolarretan, eguzki-erradiazioa fluido bat (olio termiko bat edo gatz urtu bat) berotzeko energia termiko bihurtzen da. Fluido hau Rankine (lurruna edo organikoa) ziklo baten bidez elektrizitatea sortzeko edo prozesu industrial bati energia termikoa emateko erabil daiteke.

Beste energia berriztagarri batzuekin alderatuta, Zentralen abantailetako bat bero-biltegiratzeak duen kostu txikia dela eta energia horien kudeagarritasuna da. Izan ere, propietate horrek kontzeptu berrien agerpena bultzatu du, besteak beste, planta hibridoena eta fotovoltaikoa (PV).

Sektore fotovoltaikoan azken urteotan ekoizpen-kostua nabarmen murriztu denez, teknologia hori teknologia bera baino erakargarriagoa da. Hala ere, elektrizitatea eskala handian biltegiratzearen kostu handi samarra dela eta, energia fotovoltaikoa ez da hain kudeagarria eta garestia.

Bi teknologien konbinazioa soluzioa izatera deitua dago: egunez, elektrizitatea zuzenean panel fotovoltaikoetan sortzen da, eta, bitartean, Elektrizitatean harrapatutako beroa erabat biltegiratzen da eta elektrizitatea sortzeko erabiltzen da eguzki-erradiaziorik ez dagoenean (arratsaldean, gauean edo aldi lainotsuetan).

Kasu batean zein bestean, biki digital batek garrantzi handia hartzen du biki hibridoan soilik; izan ere, aukera ematen du eguneko/orduko funtzionamendu-estrategia bat ezartzeko, eguraldiaren aurreikuspenaren edo elektrizitatearen salmenta-prezioaren arabera, edo mantentze-eragiketak aurreikusteko, hala nola ispiluak/panelak garbitzea, eraginkortasun optikoa/elektrikoa balio jakin batetik behera erortzen denean, besteak beste.

Oro har, biki digitalen aplikazioak energia berriztagarrien hedapena bultzatuko du, hainbat ikerketak erakusten duten bezala. Adibide bat Invenergyko 20 MWko eguzki etxaldea da, Gemelo Digitaleko sistema bat ezarri ondoren, instalazioaren erabilgarritasunaren % 99 eta urteko 200.000 dolarreko balio gehigarria lor daitezkeela baieztatzen duena.

Ibilgailu elektrikoetan beroa kudeatzeko biki digitalak

Erregai fosilekiko mendekotasuna eta hirietan errekuntzako automobilek sortzen duten kutsadura murrizteko beharrak, gobernuen pizgarri ekonomikoekin batera, gizarteak ibilgailu elektrikoak erosteko duen interesa handitzea eragin du.

Teslaz gain, BMW, Volkswagen, Toyota edo Hyundai bezalako auto ekoizle historiko gehienek merkatuan modelo elektrikoak sartu dituzte arrazoizko prezioetan.

Ibilgailu elektrikoa teknologia heldua eta fidagarria dela erakutsi duen arren, optimizatzeko/hobetzeko ahalmen handia du oraindik ere. Besteak beste, bateriaren gaitasuna eta iraunkortasuna dira ibilgailu elektrikoa bultzatzeko bi helburu nagusiak.

CIC energiGUNEn bi alderdietan zentratzen gara. Energia Elektrokimikoa Biltegiratzeko eremutik (EES), energia-dentsitate handiagoko eta ziklabilitate handiagoko bateria disruptiboen teknologia berriak bilatuz, eta Energia Termikoa Biltegiratzeko eremutik (TES), iraunkortasuna hobetzeko funtzionamendu-baldintza optimoak bermatuz.

Azken horretan, biki digital batek paper garrantzitsua hartzen du. Bateriaren teknologiaren arabera, eragiketa-tenperatura tarte jakin batean mantendu behar da. Parametro hori kritikoa da funtzionamendu txarra (bat-bateko deskarga) eta bizitza baliagarriaren murrizketa (iraunkortasuna) saihesteko.

Automobila kargatzen edo azeleratzen ari den bitartean, bateriek eraginkortasun falta dute, eta horrek beroa sortzea dakar. Bero hori behar bezala ezabatzen ez bada, tenperatura gomendatutako balioetatik gora igotzea eragin dezake.

Nahi ez den egoera bera gertatzen da autoa kanpoan aparkatzen bada, oso tenperatura baxuetan (neguan) edo altuetan (udan). Esparru horretan, biki digital bat gai da berehalako erabakiak hartzeko beroa kudeatzeko sistemari buruz, parametro hauen arabera: giro-tenperatura, bateriaren tenperatura, azelerazio-tasa, karga-egoera, etab. Horiek ezinbestekoak dira bateriaren errendimendu eraginkorra bermatzeko eta bizitza erabilgarria luzatzeko.

General Electric (GE) enpresak egindako ikerketen arabera, "Bikiarekin" eskuratutako ezagutzak bateriaren tamaina 16 gelaxka murrizteko eta kostua % 15 murrizteko aukera eman die.

Eraikinetako kudeaketa termikorako biki digitalak

Biki digitalen beste aplikazio argi bat ur bero sanitarioaren (etxeko ur beroa) eta berokuntzaren, aireztapenaren eta aire girotuaren eremuan da, ez bakarrik bizitegi-eraikinetan, baita eraikin publikoetan ere.

Ez dago irtenbide bakar bat eraikin bati ur beroa eta aire girotua emateko. Adibidez, eraikin zaharrek diesel berogailuak izaten zituzten, eta berrienek gas naturala edo, kasurik onenean, biomasa erabiltzen zuten.

Hala ere, eraikin berrietarako edo birgaikuntzetarako ezarri berri diren araudiek, gobernuaren pizgarriekin batera, gaur egun instalatutako irtenbideak erregai fosiletan (batez ere gas naturala) eta energia berriztagarrietan (eguzki-panel termikoak, bero-ponpak, biomasa, etab.) oinarritutako sistemen konbinazioa izatea eragiten dute.

Teknologia/ekipo eraginkorragoak eta gutxiago kutsatzen dutenak aplikatzeaz gain, ur bero sanitario eta aire girotu sistemen funtzionamendua hobetzeko premia argia dago.

Ikerketa askok erakutsi dute biki digitalak eraikinetan sartzea bideragarria dela. Adibidez, Glasgowko Riverside Museoan Biki Digital bat integratuta, urtean 52,3 mila libra esterlina aurreztea lortu zen, 6 hilabetetik beherako amortizazio-aldiarekin.

Aurrezki hori lortzeko, Biki Digitalek zeregin garrantzitsua dute; izan ere, sistemak jarduteko aukera ematen dute, adibidez, aurreikuspen meteorologikoaren, eskarien datu historikoen eta abarren arabera; horrela, operazio-baldintza nominal eraginkorragoak ziurtatzen dira agertoki bakoitzean.

Gainera, sistema diseinatzeko etapan horrelako tresnak erabiltzeak osagaiak optimizatuta eskalatzea ahalbidetzen du, eta horrek inbertsioa murriztea eta soluzio trinkoagoa lortzea dakar.

CIC energiGUNEren gaitasunak 4.0 industriarantz

CIC energiGUNEn, oro har, eta, bereziki, TES eremuan, adituak gara horrelako tresna digitalak garatzen, euskal industria ez ezik, Europakoa ere laugarren industria-iraultzarantz bultzatzeko funtsezko irtenbide gisa.

Ikertzaileek eta ingeniariek finantzaketa publikoko hainbat proiektutan (Hazitek, Plan Nazionala, H2020, RFCSak...) eta industriarekin egindako kontratu pribatuetan azken urteotan eskuratutako know-howari esker, Thermlab bezalako ekimenak sortu ahal izan dira industriari horrelako irtenbideak eskaintzeko.

Gaur egun, CIC energiGUNEk modelizazio-tresna indartsuak ditu horrelako erronka teknologikoak gauzatzeko, hala nola ANSYS Fluent, ANSYS Icepak, TRNSYS, LabVIEW edo Matlab.