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施耐德電氣：如何通過聯(lián)合仿真解鎖工廠設(shè)計和運營潛力？

2025-03-05 09:39:15來源：施耐德電氣關(guān)鍵詞：施耐德電氣閱讀量：7407

　　在全球邁向低碳未來的進程中，推動燃燒型能源系統(tǒng)的電氣化轉(zhuǎn)型，為那些因生產(chǎn)特性而依賴化石燃料行業(yè)，帶來了可持續(xù)發(fā)展的新契機。行業(yè)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(shù)字化控制技術(shù)，更好地管理溫室氣體排放，滿足日益嚴格的環(huán)境、社會與公司治理(ESG)要求，加速可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的落地。在此過程中，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(zhuǎn)型的核心在于工業(yè)流程、生產(chǎn)空間和運輸車隊的電氣化與脫碳化。一項針對制造商的調(diào)查顯示，近45%的企業(yè)計劃在2035年前實現(xiàn)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)注入綠色動力。

　　然而，從燃燒型和蒸汽動力系統(tǒng)向電氣化系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型進展緩慢。即使對于技術(shù)嫻熟的工程和工廠設(shè)計團隊來說，成功替代燃燒源也是一項艱巨的任務。脫碳轉(zhuǎn)型需要投入大量工程和設(shè)計資源，以實現(xiàn)工廠新資產(chǎn)及現(xiàn)有資產(chǎn)的電氣化，這無疑是一項成本高昂的挑戰(zhàn)。

　　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(zhuǎn)型。我們必須敢于突破傳統(tǒng)，探索前所未有的創(chuàng)新路徑，通過數(shù)字化與電氣化的深度融合，實現(xiàn)真正意義上的可持續(xù)影響力。電力和工藝流程仿真(聯(lián)合仿真)能夠顯著提升對新舊設(shè)備運營狀況的洞察力。此外，該技術(shù)還能助力工程師在設(shè)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，降低風險。

　　掌握電力和工藝流程聯(lián)合仿真的四大關(guān)鍵要點

　　一體化的電力和工藝流程仿真能夠?qū)に嚵鞒坦┡潆姷母鞣N運行及設(shè)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(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(lián)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(lián)合仿真技術(shù)，研究工藝擾動對配電的影響，以及電力擾動對工藝生產(chǎn)產(chǎn)生的波動，并使用具有代表性的數(shù)據(jù)(如天氣、太陽能、氫/氨目標以及相互依存關(guān)系)進行分析；

　　2.精準優(yōu)化：根據(jù)工藝需求、平準化成本最小化(LCOH、LCOE、LCOA)等目標，設(shè)計并優(yōu)化電力分配，通過減少有功/無功損耗和發(fā)電機組燃料成本，挖掘電力節(jié)能潛力；

　　3.智能策劃：在電解槽運行和氫氣生產(chǎn)分配中，結(jié)合工藝輸入和目標函數(shù)，優(yōu)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(xiàn)從能源生產(chǎn)到轉(zhuǎn)換的全生命周期管理，同時基于工藝需求調(diào)整發(fā)電規(guī)模，以最小化總擁有成本。

　　精確的聯(lián)合仿真帶來穩(wěn)定性、安全性并節(jié)約成本

　　聯(lián)合仿真使工程團隊能夠在問題發(fā)生之前測試、觀察和模擬控制假設(shè)，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(shè)備。憑借更精確的仿真和基于數(shù)據(jù)的敏銳洞察，聯(lián)合仿真有助于實現(xiàn)質(zhì)量、電力和電網(wǎng)控制的穩(wěn)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(yōu)化效率、可靠性和產(chǎn)量實現(xiàn)正常運營，并通過通過管理熱能和能源節(jié)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(lián)合仿真恰好能夠滿足這一需求。作為一種使能技術(shù)，它將系統(tǒng)各部分的獨立仿真組合起來，實現(xiàn)對耦合系統(tǒng)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(wěn)定性分析功能的結(jié)合提供了一種更簡單、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。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(wěn)態(tài)過程(即動態(tài)狀態(tài)引擎)評估，ETAP用于處理瞬態(tài)非穩(wěn)態(tài)電氣(即瞬態(tài)穩(wěn)定性引擎)評估。該聯(lián)合仿真平臺與其仿真應用套件相結(jié)合，將物理工廠數(shù)字化為機理孿生模型，從而為設(shè)施提供高效節(jié)能、安全和可持續(xù)的解決方案。

　　結(jié)合AI技術(shù)的聯(lián)合仿真助力簡化工廠設(shè)計并優(yōu)化運營

　　統(tǒng)一的集成化電力和工藝仿真模型能夠簡化工廠設(shè)計并優(yōu)化運營。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(jié)合，可以為實時、數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策支持鋪平道路，同時也有助于開發(fā)有效的操作員培訓方案。

　　施耐德電氣項目數(shù)據(jù)顯示，通過將工藝性能和電能消耗進行整合管理，企業(yè)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(chǎn)管理，以及提供成本優(yōu)化和基于模型驗證的工具(所有功能均可實時實現(xiàn))，工廠就可以借助可靠且可操作的數(shù)據(jù)，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)正成為解鎖工廠設(shè)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(xù)的未來。

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