數(shù)字孿生如何提高能源儲存工廠的能力

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外，它們還提供了創(chuàng)建去中心化電力系統(tǒng)的最經(jīng)濟的方式。這反過來又有助于實現(xiàn)普遍、可靠和負擔得起的電力供應(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，就必須防止削減。當發(fā)電系統(tǒng)被阻止向電網(wǎng)輸出時，就會發(fā)生這種情況，通常是因為擁堵造成的臨時限制，基本上浪費了潛在的低碳能源供應(yīng)。

先進儲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、可靠和高效的儲能解決方案，因為它們可以提供所需的靈活性，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)峰和負載轉(zhuǎn)移活動。

各種熱機械形式的壓縮空氣儲能(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存的能量，而不會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技術(shù)中最低的水平。

為了實現(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)新的液體空氣儲能方法，該方法利用熱機械原理來提高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存在合適的儲罐中。當排出時，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)動動力回收裝置中的一組渦輪機。

液態(tài)空氣儲能是未來的發(fā)展方向

液態(tài)空氣儲能循環(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需求。

此外，液體空氣儲能系統(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、更高效、更易于實施、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，同時還支持“冷循環(huán)”實踐。液化器壓縮機產(chǎn)生的廢熱在該過程中被回收，以實現(xiàn)高效操作，并且在排放過程中釋放的熱能的儲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。

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

通過支持實時反饋和前饋系統(tǒng)以及遠程監(jiān)控，工業(yè)自動化技術(shù)提供了一個理想的解決方案，可以持續(xù)提供峰值性能和效率。更準確地說，完全集成的自動化過程控制為現(xiàn)場所有機電設(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化設(shè)置，液體空氣儲能工廠的操作人員可以確保所有流程的正確順序，并及時處理任何報警，以最大限度地延長正常運行時間，最終實現(xiàn)高效率和生產(chǎn)力。因此，設(shè)施有可能實現(xiàn)可調(diào)度和可預(yù)測的電力分配到電網(wǎng)，同時保持低碳足跡甚至凈零碳足跡。

但是，要對操作進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。由于液態(tài)空氣儲能設(shè)施相對較新，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)

擁有一個靈活的自動化設(shè)置，可以支持液體空氣儲能工廠，同時幫助開發(fā)工藝知識，這是一個關(guān)鍵資源。此外，使用高級數(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)的實時虛擬表示。它使用系統(tǒng)上傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)作為輸入，并對未來的行為進行預(yù)測。然后，它將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為準確、可訪問且易于理解的信息格式，以便立即進行洞察。

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，并擁有一個單一、全面的流程概述，從而實現(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，評估系統(tǒng)的局限性，而無需在物理世界中運行這些限制。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)空氣儲能裝置所有階段的數(shù)字孿生應(yīng)用是一個關(guān)鍵工具，可用于增強過程建模和理解，同時實現(xiàn)敏捷操作并推動持續(xù)改進。此外，這些虛擬表示甚至可以更進一步，作為網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)（CPS）與物理對應(yīng)物進行交互，以創(chuàng)建更主動、更靈活的設(shè)置。

為了充分利用最新的工業(yè)自動化解決方案，如先進的過程控制和數(shù)字孿生，儲能設(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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