Les jumeaux numériques augmentent les capacités des centrales de stockage d'énergie

May 27, 2023

Tirer parti de l'automatisation industrielle de pointe avec des modèles de simulation en temps réel. Cette fonctionnalité est apparue à l'origine dans l'édition IIoT & Industry 4.0 d'Automation 2023.

Les sources d'énergie renouvelables, telles que le GNR, offrent de multiples avantages. En plus de soutenir une décarbonisation ambitieuse et des objectifs nets zéro, ils offrent également le moyen le plus économique de créer un système électrique décentralisé. Ceci, à son tour, peut aider à atteindre un accès universel, fiable et abordable à l'électricité. dans beaucoup de pays. Par exemple, l'utilisation des énergies renouvelables en Norvège couvrait plus de 60 % de la consommation totale en 2018. le caractère intermittent de certaines sources vertes. Par exemple, pour réussir les efforts de décarbonation et éviter tout gaspillage, il est indispensable d'éviter la réduction. Cela se produit lorsqu'un système de production d'électricité est empêché d'exporter vers le réseau, généralement en raison d'une contrainte temporaire causée par la congestion, gaspillant essentiellement les approvisionnements potentiels en énergie à faible émission de carbone.

Pour utiliser pleinement la capacité de production, des solutions de stockage d'énergie robustes, fiables et très efficaces sont nécessaires, car elles peuvent fournir le niveau de flexibilité nécessaire pour maintenir un approvisionnement stable et constant du réseau. De telles stratégies peuvent soutenir les activités d'écrêtage des pics et de transfert de charge. Le stockage d'énergie par air comprimé (CAES) sous ses diverses formes thermomécaniques, est l'une des technologies les plus prometteuses disponibles à l'échelle commerciale pour la gestion de l'énergie à haute capacité. En économisant l'énergie potentielle sous forme d'air comprimé, ces systèmes sont capables de générer de grandes quantités d'électricité à la demande. De plus, hormis l'accès à une caverne, les installations CAES ne sont pas dépendantes de géographies spécifiques, contrairement à l'hydroélectricité pompée, et leur auto quotidienne -la décharge est très faible, ce qui permet de conserver efficacement l'énergie stockée pendant de longues périodes sans pertes considérables. De plus, en raison de la nature éprouvée de l'équipement sous-jacent, les centrales CAES ont généralement une durée de vie prévue de plus de 40 ans, ce qui maintient les coûts globaux par unité d'énergie (ou de puissance) parmi les plus bas de toutes les technologies de stockage disponibles. Pour obtenir ces résultats, les installations CAES peuvent utiliser différentes configurations, l'une étant la méthode innovante de stockage d'énergie à air liquide, qui tire parti des principes thermomécaniques pour faire progresser les avantages de CAES. Dans la variante à air liquide, l'air est purifié et refroidi à son état liquide pendant la phase de charge. Il est ensuite stocké à des températures cryogéniques et à basse pression dans des réservoirs adaptés. Lorsqu'il est déchargé, l'air liquide est pompé à haute pression, évaporé et chauffé pour dilater le flux d'air liquide. Le gaz à haute pression qui en résulte entraîne un ensemble de turbines dans une unité de récupération d'énergie.

Le cycle de stockage d'énergie à air liquide décrit ci-dessus utilise des composants que l'on trouve couramment dans les centrales électriques conventionnelles et les usines de séparation d'air industrielles. Ils offrent donc de multiples avantages. Premièrement, ils sont bien éprouvés et largement acceptés. Deuxièmement, cet équipement est largement disponible pour prendre en charge les installations à l'échelle commerciale. Enfin, ils ont des exigences de maintenance bien comprises. De plus, l'utilisation de systèmes de stockage d'énergie à air liquide conduit à des densités d'énergie qui peuvent être jusqu'à 8,5 fois plus élevées que les alternatives conventionnelles à air comprimé. Il est donc possible de créer des centrales compactes plus économiques, plus efficaces, plus faciles à mettre en œuvre et adaptées aux sites dont l'espace disponible est limité. De plus, le cycle de production d'énergie élimine le besoin de combustion et les émissions de carbone associées tout en supportant également le "froid". pratiques de recyclage. La chaleur résiduelle des compresseurs du liquéfacteur est récupérée dans le processus pour des opérations hautement efficaces, et le stockage et le recyclage de l'énergie thermique libérée lors de la décharge peuvent être utilisés dans le cadre d'un système en boucle fermée pour soutenir les activités de liquéfaction de l'air pendant la charge. Automatisation du processus de stockage d'énergie contrôle Un procédé de stockage d'énergie à air liquide offre en soi des avantages financiers et environnementaux uniques. Néanmoins, avec des températures comprises entre -200 et +600 °C et des pressions atteignant jusqu'à 200 bars, de petites variations de celles-ci peuvent avoir un impact significatif sur les performances. Cela signifie que le contrôle optimal des paramètres de traitement tout au long des différentes phases est essentiel. Ceci est essentiel pour maintenir l'efficacité énergétique et de faibles coûts tout en maximisant les résultats finaux. En prenant en charge les systèmes de rétroaction et d'anticipation en temps réel ainsi que la surveillance à distance, les technologies d'automatisation industrielle offrent une solution idéale pour fournir constamment des performances et une efficacité optimales. Plus précisément, le contrôle de processus automatisé entièrement intégré fournit un cadre hautement disponible, réactif et sécurisé pour la surveillance et la visualisation, les tendances et l'analyse, ainsi que la gestion et la synchronisation de tous les équipements électromécaniques sur site. En utilisant ce type de configuration automatisée, l'air liquide Les opérateurs d'installations de stockage d'énergie peuvent assurer le bon séquencement de tous les processus et répondre rapidement à toute alarme afin de maximiser le temps de disponibilité, offrant finalement une efficacité et une productivité élevées. En conséquence, il est possible pour les installations de réaliser une distribution d'énergie dispatchable et prévisible sur le réseau tout en maintenant une empreinte carbone faible, voire nulle. Cependant, avoir un contrôle précis sur les opérations pour garantir des opérations optimales nécessite une compréhension approfondie du processus et la manière dont tous les composants travaillent ensemble et s'influencent mutuellement. Ce n'est qu'ainsi qu'il est possible de réglementer efficacement toutes les activités. Étant donné que les installations de stockage d'énergie à air liquide sont relativement nouvelles, cette information peut ne pas être facilement disponible pour les directeurs d'usine.

Disposer d'une configuration d'automatisation flexible qui peut prendre en charge les usines de stockage d'énergie à air liquide tout en aidant à développer la connaissance des processus est une ressource clé. De plus, l'utilisation d'analyses de données avancées peut permettre la création d'un modèle de processus exact et précis connu sous le nom de jumeau numérique. Cela offre une représentation virtuelle en temps réel d'un actif physique. Il utilise les données générées par les capteurs du système comme entrées et produit des prédictions sur les comportements futurs. Il transforme ensuite ces données en formats d'informations précis, accessibles et facilement compréhensibles pour des informations immédiates. Au fur et à mesure que davantage de données deviennent disponibles, le jumeau numérique peut être constamment mis à jour pour offrir une précision améliorée et des capacités supplémentaires. L'avantage le plus immédiat d'un tel cadre est la capacité d'organiser toutes les informations de processus et d'avoir une vue d'ensemble unique et complète des processus qui permet une prise de décision efficace. Les jumeaux numériques permettent aux opérateurs de simuler différentes conditions et scénarios de fonctionnement, en évaluant les limites du système sans le besoin de les exécuter dans le monde physique. Ceci, à son tour, contribue à améliorer la rentabilité et la sécurité. Par conséquent, une application de jumeau numérique qui englobe toutes les étapes d'une usine de stockage d'énergie à air liquide est un outil clé qui peut être utilisé pour améliorer la modélisation et la compréhension des processus tout en permettant des opérations agiles et en favorisant des améliorations continues. De plus, ces représentations virtuelles peuvent aller encore plus loin, en interagissant avec leurs homologues physiques en tant que systèmes cyber-physiques (CPS) pour créer des configurations encore plus proactives et flexibles. Pour tirer pleinement parti des avantages des dernières solutions d'automatisation industrielle, telles que le contrôle avancé des processus et jumeaux numériques, les installations de stockage d'énergie doivent s'associer à un intégrateur système expert. Cela peut répondre aux besoins spécifiques du secteur et est équipé pour prendre en charge des méthodes et des technologies de traitement innovantes, offrant des solutions évolutives et évolutives qui peuvent évoluer avec une entreprise et la faire progresser.

Highview Power, un leader mondial des solutions de stockage d'énergie de longue durée, soutient l'adoption mondiale d'usines cryogéniques avancées avec sa technologie exclusive de stockage d'énergie à air liquide. Le dernier projet de la société est la construction d'une installation de stockage d'énergie à air liquide de 50 MW (avec un minimum de 250 MWh) à Carrington Village, dans le Grand Manchester, au Royaume-Uni. Capable d'alimenter environ 200 000 foyers pendant six heures par jour, la centrale contribuera à l'offre et la demande d'énergies renouvelables. Pour assurer le succès des opérations dans cette installation historique, la société collabore étroitement avec son partenaire d'automatisation et de développement technologique, Optimal Industrial Automation. L'intégrateur de systèmes d'automatisation soutient Highview Power depuis la création de la première usine de démonstration à l'échelle précommerciale du spécialiste du stockage d'énergie cryogénique à l'installation de décharge de Pilsworth à Bury, dans le Grand Manchester. Étant donné que les exigences d'automatisation de cette installation initiale n'étaient pas spécifiées, en raison de la nature unique de la technologie, un spécialiste de l'automatisation capable de gérer l'inconnu et de fournir une solution flexible était indispensable. Ayant déjà développé un système éprouvé pour relever ces défis, en commençant par les exigences d'instrumentation et jusqu'à la mise en service, Optimal était le choix évident. Pour son dernier projet plus vaste à Carrington, Highview Power souhaitait que le système automatisé comporte un jumeau numérique de l'installation de stockage d'énergie liquide à air pour une utilisation dans la formation et pour les démonstrations de marketing. Cela favoriserait la croissance de bonnes données sur les actifs, ce qui est essentiel à l'amélioration continue du modèle de processus et à une compréhension de plus en plus détaillée. Ce faisant, le jumeau numérique soutiendrait à terme l'optimisation de cette usine et des futures usines ainsi que la pérennité des opérations de stockage d'énergie, conformément à la stratégie de transformation numérique de l'entreprise.

Alan Messenger a 30 ans d'expérience dans l'automatisation et le contrôle, dont 28 ans dans la vente de technologies et de solutions clés. Son expérience dans l'industrie comprend la fabrication pharmaceutique ainsi que des applications de niche plus difficiles où un large éventail de connaissances et de compétences techniques sont nécessaires. Il a rejoint Optimal Industrial Automation en 2008 en tant que gestionnaire de compte et est devenu directeur des ventes en 2020. Il peut être joint à [email protected].

Consultez nos bulletins électroniques gratuits pour lire d'autres articles intéressants.