在全球邁向低碳未來的進程中，推動燃燒型能源系統的電氣化轉型，為那些因生產特性而依賴化石燃料行業，帶來了可持續發展的新契機。行業專家們正全力以赴，尋找化石燃料的替代方案，并借助先進的數字化控制技術，更好地管理溫室氣體排放，滿足日益嚴格的環境、社會與公司治理(ESG)要求，加速可持續發展戰略的落地。在此過程中，電力與工藝仿真技術成為關鍵助力。
德勤的研究顯示，低碳轉型的核心在于工業流程、生產空間和運輸車隊的電氣化與脫碳化。一項針對制造商的調查顯示，近45%的企業計劃在2035年前實現流程的電氣化。為此，制造商正大力投資，采用生物質能、太陽能、水能和地熱能等可再生能源，為工業生產注入綠色動力。
然而，從燃燒型和蒸汽動力系統向電氣化系統的轉型進展緩慢。即使對于技術嫻熟的工程和工廠設計團隊來說，成功替代燃燒源也是一項艱巨的任務。脫碳轉型需要投入大量工程和設計資源，以實現工廠新資產及現有資產的電氣化，這無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，探索前所未有的創新路徑，通過數字化與電氣化的深度融合，實現真正意義上的可持續影響力。電力和工藝流程仿真(聯合仿真)能夠顯著提升對新舊設備運營狀況的洞察力。此外，該技術還能助力工程師在設計最終確定前，充分掌握新技術適用性的關鍵信息，從而優化決策，降低風險。
掌握電力和工藝流程聯合仿真的四大關鍵要點
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景進行測試，對新建項目和改造項目均有重要價值。對于新建項目，它可以通過基于模擬運行的電力需求計算，優化電解槽尺寸，從而加速工藝電氣化。對于改建項目，它可以通過回路測試和減少停機時間來提高工廠運行時間。
具體而言，聯合仿真可為運營管理者和工程師提供更高效的方式進行如下操作：
1.深度分析：通過聯合仿真技術，研究工藝擾動對配電的影響，以及電力擾動對工藝生產產生的波動，并使用具有代表性的數據(如天氣、太陽能、氫/氨目標以及相互依存關系)進行分析；
2.精準優化：根據工藝需求、平準化成本最小化(LCOH、LCOE、LCOA)等目標，設計并優化電力分配，通過減少有功/無功損耗和發電機組燃料成本，挖掘電力節能潛力；
3.智能策劃：在電解槽運行和氫氣生產分配中，結合工藝輸入和目標函數，優化電力流動；
4.效益最大化：通過計算氫氣/熱能的平準化成本，實現從能源生產到轉換的全生命周期管理，同時基于工藝需求調整發電規模，以最小化總擁有成本。
精確的聯合仿真帶來穩定性、安全性并節約成本
聯合仿真使工程團隊能夠在問題發生之前測試、觀察和模擬控制假設，并預見潛在問題。它進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，聯合仿真有助于實現質量、電力和電網控制的穩定性，通過幫助理解偏差、工藝變化和控制偏移提升安全性，通過優化效率、可靠性和產量實現正常運營，并通過通過管理熱能和能源節約成本。
仿真精確度取決于保真度、時間分辨率和同步性三大要素。由于電氣仿真的時間戳以毫秒為單位，而工藝仿真則以秒到分鐘為單位，研究工作需要精確的時間同步。聯合仿真恰好能夠滿足這一需求。作為一種使能技術，它將系統各部分的獨立仿真組合起來，實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暫態穩定性分析功能的結合提供了一種更簡單、更直接的方法，用于識別工藝生產中的效率提升和優化機會。其中，AVEVA工藝模擬仿真平臺(AVEVA Process Simulation & Dynamic Simulation)用于處理瞬態非穩態過程(即動態狀態引擎)評估，ETAP用于處理瞬態非穩態電氣(即瞬態穩定性引擎)評估。該聯合仿真平臺與其仿真應用套件相結合，將物理工廠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技術的聯合仿真助力簡化工廠設計并優化運營
統一的集成化電力和工藝仿真模型能夠簡化工廠設計并優化運營。此外，將聯合仿真與人工智能和第一性原理建模技術相結合，可以為實時、數據驅動的決策支持鋪平道路，同時也有助于開發有效的操作員培訓方案。
施耐德電氣項目數據顯示，通過將工藝性能和電能消耗進行整合管理，企業的資本支出將減少20%、停機時間減少15%、碳足跡減少7%～12%，同時盈利能力增加3%。通過部署這些能夠進行根本原因分析、提供切換計劃驗證、跟蹤資產管理，以及提供成本優化和基于模型驗證的工具(所有功能均可實時實現)，工廠就可以借助可靠且可操作的數據，充分釋放其脫碳潛力。
在工業脫碳的征程中，聯合仿真技術正成為解鎖工廠設計與運行潛力的關鍵鑰匙，助力企業邁向綠色、高效、可持續的未來。
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