デジタルツインがエネルギー貯蔵プラントの能力を高める

May 27, 2023

リアルタイム シミュレーション モデルによる最先端の産業オートメーションを活用します。 この機能はもともと Automation 2023 の IIoT & Industry 4.0 エディションで登場しました。

RNG などの再生可能エネルギー源には、複数の利点があります。 野心的な脱炭素化とネットゼロ目標をサポートすることに加えて、分散型電力システムを構築する最も経済的な方法も提供します。 これは、ひいては、普遍的で信頼性が高く、手頃な価格の電力へのアクセスを実現するのに役立ちます。これらの理由から、代替エネルギー源の使用の人気が高まっており、世界中で生成される電力のほぼ 11% を占め、エネルギーミックスの主要部分を占めています。たくさんの国で。 たとえば、ノルウェーでは、2018 年に再生可能エネルギーの使用が総消費量の 60% 以上を占めました。発電用の再生可能天然ガスやその他の補充可能な資源の採用増加をサポートするために克服しなければならない重要な課題の 1 つは、変動する電力需要と電力需要のバランスをとることです。いくつかの緑の源の断続的な性質。 たとえば、脱炭素化の取り組みを成功させ、無駄を避けるためには、削減を防ぐことが不可欠です。 これは、通常、混雑による一時的な制約により、発電システムが送電網に電力を供給できない場合に発生し、潜在的な低炭素エネルギー供給が本質的に無駄になります。

発電容量を最大限に活用するには、送電網への安定した一貫した供給を維持するために必要なレベルの柔軟性を提供できる、堅牢で信頼性が高く、高効率のエネルギー貯蔵ソリューションが必要です。 このような戦略は、ピークカットや負荷シフト活動をサポートできます。さまざまな熱機械的形態の圧縮空気エネルギー貯蔵 (CAES) は、大容量エネルギー管理のために商業規模で利用できる最も有望な技術の 1 つです。 圧縮空気の形で位置エネルギーを節約することにより、これらのシステムは、オンデマンドで大量の電力を生成することができます。また、洞窟へのアクセスを除けば、CAES 施設は揚水水力とは異なり、特定の地理に依存せず、日常的に利用されます。 - 放電が非常に少ないため、貯蔵されたエネルギーを大幅な損失なく長期間効果的に維持することができます。 さらに、基盤となる機器の性質が十分に実証されているため、CAES プラントの設計寿命は通常 40 年を超えており、エネルギー (または電力) 単位あたりの総コストは、利用可能なすべてのストレージ技術の中で最も低く抑えられています。これらの結果を達成するために、CAES 施設はさまざまな構成を利用できます。その 1 つは、熱機械原理を利用して CAES の利点を高める革新的な液体空気エネルギー貯蔵方法です。 液体空気のバリエーションでは、空気は充電フェーズ中に精製され、液体状態に冷却されます。 その後、適切なタンク内で極低温および低圧で保管されます。 排出されると、液体空気は高圧にポンプで送られ、蒸発し、加熱されて液体空気流が膨張します。 生成された高圧ガスは、動力回収ユニット内の一連のタービンを駆動します。

上述の液体空気エネルギー貯蔵サイクルは、従来の発電所や産業用空気分離プラントで一般的に見られるコンポーネントを利用します。 したがって、それらには複数の利点があります。 まず、それらは十分に証明されており、広く受け入れられています。 第二に、この装置は商業規模の施設をサポートするために広く利用可能です。 さらに、液体空気エネルギー貯蔵システムの使用により、従来の圧縮空気代替手段よりも最大 8.5 倍高いエネルギー密度が得られます。 したがって、より経済的で、効率的で、導入が容易で、利用可能なスペースが限られている現場に適したコンパクトなプラントを作成することが可能です。さらに、発電サイクルにより、燃焼とそれに伴う炭素排出の必要性が排除され、同時に「低温」にも対応します。リサイクルの実践。 液化装置のコンプレッサーからの廃熱は高効率運転のためにプロセス内で回収され、放電中に放出される熱エネルギーの貯蔵とリサイクルを閉ループ システムの一部として使用して、充電中の空気液化活動をサポートできます。エネルギー貯蔵プロセスの自動化制御 液体空気エネルギー貯蔵プロセスは、それ自体、独特の経済的および環境的利点をもたらします。 それにもかかわらず、温度が -200 ～ +600 °C の範囲にあり、圧力が最大 200 bar に達する場合、これらのわずかな変動が性能に大きな影響を与える可能性があります。 これは、さまざまなフェーズ全体で処理パラメータを最適に制御することが重要であることを意味します。 これは、最終結果を最大化しながら、エネルギー効率と低コストを維持するために不可欠です。リアルタイムのフィードバックおよびフィードフォワード システム、およびリモート監視をサポートすることにより、産業オートメーション テクノロジは、最高のパフォーマンスと効率を一貫して提供する理想的なソリューションを提供します。 より正確には、完全に統合された自動プロセス制御は、オンサイトのすべての電気機械装置の監視と視覚化、トレンド分析と管理と同期のための、可用性が高く、応答性が高く、安全なフレームワークを提供します。このタイプの自動セットアップを使用することにより、液体空気エネルギー貯蔵プラントのオペレーターは、すべてのプロセスの適切な順序を確保し、あらゆるアラームに即座に対処して稼働時間を最大化し、最終的に高い効率と生産性を実現できます。 その結果、施設は、二酸化炭素排出量を低く、あるいは実質ゼロにさえ維持しながら、送電網への供給可能かつ予測可能な配電を実現することが可能になります。ただし、最適な運用を確保するために運用を正確に制御するには、深い理解が必要です。プロセスと、すべてのコンポーネントが連携して相互に影響を与える方法について説明します。 この方法によってのみ、すべての活動を効果的に規制することが可能になります。 液体空気エネルギー貯蔵施設は比較的新しいため、工場管理者はこの洞察をすぐに利用できない可能性があります。

プロセス知識の開発を支援しながら、液体空気エネルギー貯蔵プラントをサポートできる柔軟な自動化セットアップを備えることが重要なリソースです。 さらに、高度なデータ分析を使用すると、デジタル ツインとして知られる正確かつ正確なプロセス モデルの作成が可能になります。これにより、物理資産のリアルタイムの仮想表現が提供されます。 システム上のセンサーによって生成されたデータを入力として使用し、将来の動作についての予測を生成します。 次に、このデータを正確でアクセスしやすく理解しやすい情報形式に変換して、すぐに洞察を得ることができます。 より多くのデータが利用可能になると、デジタル ツインを常に更新して、精度の向上と追加機能を提供できます。 このようなフレームワークの最も直接的な利点は、すべてのプロセス情報を整理し、効果的な意思決定を可能にする単一の包括的なプロセスの概要を把握できることです。デジタルツインにより、オペレーターはさまざまな動作条件やシナリオをシミュレートし、システムの限界を評価することができます。これらを物理世界で実行する必要があります。 これにより、費用対効果と安全性が向上します。 したがって、液体空気エネルギー貯蔵プラントのすべての段階を網羅するデジタル ツイン アプリケーションは、プロセスのモデリングと理解を強化すると同時に、機敏な運用を可能にして継続的な改善を推進するために使用できる重要なツールです。 さらに、これらの仮想表現はさらに進化し、サイバーフィジカル システム (CPS) として物理的な対応物と対話して、よりプロアクティブで柔軟なセットアップを作成できます。高度なプロセス制御や最新の産業オートメーション ソリューションの利点を最大限に活用するために、デジタル ツイン、エネルギー貯蔵施設は、専門のシステム インテグレーターと提携する必要があります。 これは、この分野の特定のニーズに対応し、革新的な処理方法とテクノロジーをサポートする機能を備えており、ビジネスとともに成長し、ビジネスを前進させることができる、将来性のあるスケーラブルなソリューションを提供します。

長期エネルギー貯蔵ソリューションの世界的リーダーである Highview Power は、独自の液体空気エネルギー貯蔵技術により、先進的な極低温プラントの世界的な導入をサポートしています。 同社の最新プロジェクトは、英国グレーター・マンチェスターのキャリントン・ビレッジに50MWの液体空気エネルギー貯蔵施設（最低250MWh）の建設です。約20万戸の家庭に1日6時間電力を供給できるこの発電所は、電力供給のバランスをとるのに役立ちます。再生可能エネルギーの需要と供給。 この画期的な施設での運用を確実に成功させるため、同社はオートメーションおよび技術開発パートナーであるオプティマル インダストリアル オートメーションと緊密に連携しています。このオートメーション システム インテグレーターは、極低温エネルギー貯蔵専門会社による初の商用前規模のデモンストレーション プラントを設立して以来、Highview Power をサポートしてきました。グレーター・マンチェスターのベリーにあるピルズワース埋立地施設。 この初期施設の自動化要件は、テクノロジーの独特な性質により特定されていなかったため、未知のことに対処し、柔軟なソリューションを提供できる自動化のスペシャリストが必須でした。 計装要件から試運転に至るまで、これらの課題に対処する実証済みのシステムをすでに開発していた Optimal は、当然の選択でした。キャリントンでの最新の大規模プロジェクトでは、Highview Power は、トレーニングやマーケティングのデモンストレーションに使用する液体空気エネルギー貯蔵施設。 これは、プロセス モデルの継続的な改善とより詳細な理解の鍵となる、優れた資産データの増加をサポートします。 そうすることで、デジタルツインは最終的に、同社のデジタルトランスフォーメーション戦略に沿って、現在および将来のプラントの最適化と、将来を見据えたエネルギー貯蔵運用をサポートすることになります。

Alan Messenger はオートメーションと制御の分野で 30 年の経験があり、そのうち 28 年は主要なテクノロジーとソリューションの販売に携わってきました。 彼の業界経験には、医薬品製造だけでなく、幅広い技術的知識とスキルが必要とされるより困難でニッチな用途も含まれます。 彼は 2008 年にアカウント マネージャーとして Optimal Industrial Automation に入社し、2020 年にセールス ディレクターに就任しました。連絡先は [email protected] です。

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