在全球邁向低碳未來(lái)的進(jìn)程中，推動(dòng)燃燒型能源系統的電氣化轉型，為那些因生產(chǎn)特性而依賴(lài)化石燃料行業(yè)，帶來(lái)了可持續發(fā)展的新契機。行業(yè)專(zhuān)家們正全力以赴，尋找化石燃料的替代方案，并借助先進(jìn)的數字化控制技術(shù)，更好地管理溫室氣體排放，滿(mǎn)足日益嚴格的環(huán)境、社會(huì )與公司治理（ESG）要求，加速可持續發(fā)展戰略的落地。在此過(guò)程中，電力與工藝仿真技術(shù)成為關(guān)鍵助力。
德勤的研究顯示，低碳轉型的核心在于工業(yè)流程、生產(chǎn)空間和運輸車(chē)隊的電氣化與脫碳化。一項針對制造商的調查顯示，近45%的企業(yè)計劃在2035年前實(shí)現流程的電氣化。為此，制造商正大力投資，采用生物質(zhì)能、太陽(yáng)能、水能和地熱能等可再生能源，為工業(yè)生產(chǎn)注入綠色動(dòng)力。
然而，從燃燒型和蒸汽動(dòng)力系統向電氣化系統的轉型進(jìn)展緩慢。即使對于技術(shù)嫻熟的工程和工廠(chǎng)設計團隊來(lái)說(shuō)，成功替代燃燒源也是一項艱巨的任務(wù)。脫碳轉型需要投入大量工程和設計資源，以實(shí)現工廠(chǎng)新資產(chǎn)及現有資產(chǎn)的電氣化，這無(wú)疑是一項成本高昂的挑戰。
施耐德電氣認為，應對氣候變化需要一場(chǎng)根本性變革，以及思維模式的全面轉型。我們必須敢于突破傳統，探索前所未有的創(chuàng )新路徑，通過(guò)數字化與電氣化的深度融合，實(shí)現真正意義上的可持續影響力。電力和工藝流程仿真（聯(lián)合仿真）能夠顯著(zhù)提升對新舊設備運營(yíng)狀況的洞察力。此外，該技術(shù)還能助力工程師在設計最終確定前，充分掌握新技術(shù)適用性的關(guān)鍵信息，從而優(yōu)化決策，降低風(fēng)險。
掌握電力和工藝流程聯(lián)合仿真的四大關(guān)鍵要點(diǎn)
一體化的電力和工藝流程仿真能夠對工藝流程供配電的各種運行及設計場(chǎng)景進(jìn)行測試，對新建項目和改造項目均有重要價(jià)值。對于新建項目，它可以通過(guò)基于模擬運行的電力需求計算，優(yōu)化電解槽尺寸，從而加速工藝電氣化。對于改建項目，它可以通過(guò)回路測試和減少停機時(shí)間來(lái)提高工廠(chǎng)運行時(shí)間。
具體而言，聯(lián)合仿真可為運營(yíng)管理者和工程師提供更高效的方式進(jìn)行如下操作：
1. 深度分析：通過(guò)聯(lián)合仿真技術(shù)，研究工藝擾動(dòng)對配電的影響，以及電力擾動(dòng)對工藝生產(chǎn)產(chǎn)生的波動(dòng)，并使用具有代表性的數據（如天氣、太陽(yáng)能、氫/氨目標以及相互依存關(guān)系）進(jìn)行分析；
2. 精準優(yōu)化：根據工藝需求、平準化成本最小化（LCOH、LCOE、LCOA）等目標，設計并優(yōu)化電力分配，通過(guò)減少有功/無(wú)功損耗和發(fā)電機組燃料成本，挖掘電力節能潛力；
3. 智能策劃：在電解槽運行和氫氣生產(chǎn)分配中，結合工藝輸入和目標函數，優(yōu)化電力流動(dòng)；
4. 效益最大化：通過(guò)計算氫氣/熱能的平準化成本，實(shí)現從能源生產(chǎn)到轉換的全生命周期管理，同時(shí)基于工藝需求調整發(fā)電規模，以最小化總擁有成本。
精確的聯(lián)合仿真帶來(lái)穩定性、安全性并節約成本
聯(lián)合仿真使工程團隊能夠在問(wèn)題發(fā)生之前測試、觀(guān)察和模擬控制假設，并預見(jiàn)潛在問(wèn)題。它進(jìn)一步幫助工程師在虛擬世界的“安全港”中檢查和分析操作和設備。憑借更精確的仿真和基于數據的敏銳洞察，聯(lián)合仿真有助于實(shí)現質(zhì)量、電力和電網(wǎng)控制的穩定性，通過(guò)幫助理解偏差、工藝變化和控制偏移提升安全性，通過(guò)優(yōu)化效率、可靠性和產(chǎn)量實(shí)現正常運營(yíng)，并通過(guò)通過(guò)管理熱能和能源節約成本。
仿真精確度取決于保真度、時(shí)間分辨率和同步性三大要素。由于電氣仿真的時(shí)間戳以毫秒為單位，而工藝仿真則以秒到分鐘為單位，研究工作需要精確的時(shí)間同步。聯(lián)合仿真恰好能夠滿(mǎn)足這一需求。作為一種使能技術(shù)，它將系統各部分的獨立仿真組合起來(lái)，實(shí)現對耦合系統的全局仿真。
施耐德電氣AVEVA工藝模擬仿真平臺（AVEVA Process Simulation & Dynamic Simulation）和ETAP暫態(tài)穩定性分析功能的結合提供了一種更簡(jiǎn)單、更直接的方法，用于識別工藝生產(chǎn)中的效率提升和優(yōu)化機會(huì )。其中，AVEVA工藝模擬仿真平臺（AVEVA Process Simulation & Dynamic Simulation）用于處理瞬態(tài)非穩態(tài)過(guò)程（即動(dòng)態(tài)狀態(tài)引擎）評估，ETAP用于處理瞬態(tài)非穩態(tài)電氣（即瞬態(tài)穩定性引擎）評估。該聯(lián)合仿真平臺與其仿真應用套件相結合，將物理工廠(chǎng)數字化為機理孿生模型，從而為設施提供高效節能、安全和可持續的解決方案。
結合AI技術(shù)的聯(lián)合仿真助力簡(jiǎn)化工廠(chǎng)設計并優(yōu)化運營(yíng)
統一的集成化電力和工藝仿真模型能夠簡(jiǎn)化工廠(chǎng)設計并優(yōu)化運營(yíng)。此外，將聯(lián)合仿真與人工智能和第一性原理建模技術(shù)相結合，可以為實(shí)時(shí)、數據驅動(dòng)的決策支持鋪平道路，同時(shí)也有助于開(kāi)發(fā)有效的操作員培訓方案。
施耐德電氣項目數據顯示，通過(guò)將工藝性能和電能消耗進(jìn)行整合管理，企業(yè)的資本支出將減少20%、停機時(shí)間減少15%、碳足跡減少7%～12%，同時(shí)盈利能力增加3%。通過(guò)部署這些能夠進(jìn)行根本原因分析、提供切換計劃驗證、跟蹤資產(chǎn)管理，以及提供成本優(yōu)化和基于模型驗證的工具（所有功能均可實(shí)時(shí)實(shí)現），工廠(chǎng)就可以借助可靠且可操作的數據，充分釋放其脫碳潛力。
在工業(yè)脫碳的征程中，聯(lián)合仿真技術(shù)正成為解鎖工廠(chǎng)設計與運行潛力的關(guān)鍵鑰匙，助力企業(yè)邁向綠色、高效、可持續的未來(lái)。
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