數(shù)字孿生如何提高能源儲(chǔ)存工廠的能力

可再生能源，如RNG提供了多種好處。除了支持脫碳和凈零目標(biāo)外，它們還提供了創(chuàng)建去中心化電力系統(tǒng)的最經(jīng)濟(jì)的方式。這反過來又有助于實(shí)現(xiàn)普遍、可靠和負(fù)擔(dān)得起的電力供應(yīng)。

由于這些原因，替代能源的使用越來越受歡迎，占全球發(fā)電量的近11%，并在許多國家的能源結(jié)構(gòu)中占主要部分。例如，2018年挪威可再生能源的使用量占總消費(fèi)量的60%以上。

為了支持越來越多地采用可再生天然氣和其他可補(bǔ)充資源發(fā)電，必須克服的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一是平衡電力需求的波動(dòng)與一些綠色能源的間歇性。

例如，要想在脫碳工作中取得成功并避免任何浪費(fèi)，就必須防止削減。當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)被阻止向電網(wǎng)輸出時(shí)，就會(huì)發(fā)生這種情況，通常是因?yàn)閾矶略斐傻呐R時(shí)限制，基本上浪費(fèi)了潛在的低碳能源供應(yīng)。

先進(jìn)儲(chǔ)能解決方案的重要性

為了充分利用發(fā)電能力，需要穩(wěn)健、可靠和高效的儲(chǔ)能解決方案，因?yàn)樗鼈兛梢蕴峁┧璧撵`活性，以保持向電網(wǎng)的穩(wěn)定和一致供應(yīng)。諸如此類的策略可以支持調(diào)峰和負(fù)載轉(zhuǎn)移活動(dòng)。

各種熱機(jī)械形式的壓縮空氣儲(chǔ)能(CAES)是最有前途的高容量能源管理商業(yè)規(guī)模技術(shù)之一。通過以壓縮空氣的形式節(jié)省勢能，這些系統(tǒng)能夠根據(jù)需要產(chǎn)生大量的電力。

此外，與抽水蓄能電站不同，除了進(jìn)入洞穴外，CAES設(shè)施不依賴于特定的地理位置，其每日自排放量非常低，因此可以有效地長期保持儲(chǔ)存的能量，而不會(huì)造成任何可觀的損失。此外，由于基礎(chǔ)設(shè)備的良好性能，CAES工廠的設(shè)計(jì)壽命通常超過40年，這使每單位能源或功率的總成本保持在所有可用存儲(chǔ)技術(shù)中最低的水平。

為了實(shí)現(xiàn)這些結(jié)果，CAES設(shè)施可以利用不同的配置，其中一種是創(chuàng)新的液體空氣儲(chǔ)能方法，該方法利用熱機(jī)械原理來提高CAES的效益。

在液態(tài)空氣變體中，空氣在充能階段被凈化并冷卻到其液態(tài)。然后將其在低溫和低壓下儲(chǔ)存在合適的儲(chǔ)罐中。當(dāng)排出時(shí)，液體空氣被泵送至高壓，蒸發(fā)并加熱以使液體空氣流膨脹。由此產(chǎn)生的高壓氣體驅(qū)動(dòng)動(dòng)力回收裝置中的一組渦輪機(jī)。

液態(tài)空氣儲(chǔ)能是未來的發(fā)展方向

液態(tài)空氣儲(chǔ)能循環(huán)利用了常規(guī)電站和工業(yè)空分廠中常見的組件。因此，它們提供了多種優(yōu)勢。首先，它們得到了充分的證明，并被廣泛接受。其次，這種設(shè)備可以廣泛用于支持商業(yè)規(guī)模的設(shè)施。最后，它們具有易于理解的維護(hù)需求。

此外，液體空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用可使能量密度比傳統(tǒng)壓縮空氣替代品高8.5倍。因此，可以創(chuàng)建更經(jīng)濟(jì)、更高效、更易于實(shí)施、適用于可用空間有限的場地的緊湊型工廠。

此外，發(fā)電循環(huán)消除了燃燒和相關(guān)碳排放的需要，同時(shí)還支持“冷循環(huán)”實(shí)踐。液化器壓縮機(jī)產(chǎn)生的廢熱在該過程中被回收，以實(shí)現(xiàn)高效操作，并且在排放過程中釋放的熱能的儲(chǔ)存和回收可以用作閉環(huán)系統(tǒng)的一部分，以支持充氣過程中的空氣液化活動(dòng)。

自動(dòng)化儲(chǔ)能過程控制液態(tài)空氣儲(chǔ)能過程本身具有獨(dú)特的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。然而，當(dāng)溫度在-200到+600°C之間，壓力高達(dá)200bar時(shí)，這些溫度的微小變化會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生重大影響。這意味著在整個(gè)不同階段的加工參數(shù)的最佳控制是關(guān)鍵。這對(duì)于保持能源效率和低成本，同時(shí)最大化最終結(jié)果至關(guān)重要。

通過支持實(shí)時(shí)反饋和前饋系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)提供了一個(gè)理想的解決方案，可以持續(xù)提供峰值性能和效率。更準(zhǔn)確地說，完全集成的自動(dòng)化過程控制為現(xiàn)場所有機(jī)電設(shè)備的監(jiān)控和可視化、趨勢分析以及管理和同步提供了一個(gè)高度可用、響應(yīng)迅速和安全的框架。

通過使用這種類型的自動(dòng)化設(shè)置，液體空氣儲(chǔ)能工廠的操作人員可以確保所有流程的正確順序，并及時(shí)處理任何報(bào)警，以最大限度地延長正常運(yùn)行時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)高效率和生產(chǎn)力。因此，設(shè)施有可能實(shí)現(xiàn)可調(diào)度和可預(yù)測的電力分配到電網(wǎng)，同時(shí)保持低碳足跡甚至凈零碳足跡。

但是，要對(duì)操作進(jìn)行精確控制以確保最佳操作，就需要深入了解流程以及所有組件共同工作和相互影響的方式。只有這樣，才能有效地規(guī)范一切活動(dòng)。由于液態(tài)空氣儲(chǔ)能設(shè)施相對(duì)較新，工廠管理人員可能不容易獲得這一見解。

利用數(shù)字孿生技術(shù)

擁有一個(gè)靈活的自動(dòng)化設(shè)置，可以支持液體空氣儲(chǔ)能工廠，同時(shí)幫助開發(fā)工藝知識(shí)，這是一個(gè)關(guān)鍵資源。此外，使用高級(jí)數(shù)據(jù)分析可以創(chuàng)建被稱為數(shù)字孿生的精確過程模型。

這提供了物理資產(chǎn)的實(shí)時(shí)虛擬表示。它使用系統(tǒng)上傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)作為輸入，并對(duì)未來的行為進(jìn)行預(yù)測。然后，它將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為準(zhǔn)確、可訪問且易于理解的信息格式，以便立即進(jìn)行洞察。

隨著越來越多的數(shù)據(jù)可用，數(shù)字孿生可以不斷更新，以提供更高的準(zhǔn)確性和額外的功能。這種框架最直接的好處是能夠組織所有流程信息，并擁有一個(gè)單一、全面的流程概述，從而實(shí)現(xiàn)有效的決策。

數(shù)字孿生使操作員能夠模擬不同的操作條件和場景，評(píng)估系統(tǒng)的局限性，而無需在物理世界中運(yùn)行這些限制。這反過來又有助于提高成本效益和安全性。

因此，涵蓋液態(tài)空氣儲(chǔ)能裝置所有階段的數(shù)字孿生應(yīng)用是一個(gè)關(guān)鍵工具，可用于增強(qiáng)過程建模和理解，同時(shí)實(shí)現(xiàn)敏捷操作并推動(dòng)持續(xù)改進(jìn)。此外，這些虛擬表示甚至可以更進(jìn)一步，作為網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS）與物理對(duì)應(yīng)物進(jìn)行交互，以創(chuàng)建更主動(dòng)、更靈活的設(shè)置。

為了充分利用最新的工業(yè)自動(dòng)化解決方案，如先進(jìn)的過程控制和數(shù)字孿生，儲(chǔ)能設(shè)施應(yīng)與專業(yè)的系統(tǒng)集成商合作。這可以滿足該行業(yè)的特定需求，并有能力支持創(chuàng)新的處理方法和技術(shù)，提供未來的、可擴(kuò)展的解決方案，這些解決方案可以隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展而發(fā)展。

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