Digitale Zwillinge steigern die Leistungsfähigkeit von Energiespeicheranlagen

May 27, 2023

Nutzung modernster industrieller Automatisierung mit Echtzeit-Simulationsmodellen. Diese Funktion erschien ursprünglich in der IIoT & Industrie 4.0-Ausgabe von Automation 2023.

Erneuerbare Energiequellen wie RNG bieten zahlreiche Vorteile. Sie unterstützen nicht nur ehrgeizige Dekarbonisierungs- und Netto-Null-Ziele, sondern bieten auch die wirtschaftlichste Möglichkeit, ein dezentrales Energiesystem zu schaffen. Dies wiederum kann dazu beitragen, einen universellen, zuverlässigen und erschwinglichen Zugang zu Energie zu erreichen. Aus diesen Gründen erfreut sich die Nutzung alternativer Energiequellen immer größerer Beliebtheit, denn sie machen fast 11 % der weltweit erzeugten Energie aus und bilden einen wichtigen Teil des Energiemixes in vielen Ländern. Beispielsweise deckte die Nutzung erneuerbarer Energien in Norwegen im Jahr 2018 mehr als 60 % des Gesamtverbrauchs ab. Eine der wichtigsten Herausforderungen, die bewältigt werden müssen, um die zunehmende Einführung von erneuerbarem Erdgas und anderen nachwachsenden Ressourcen zur Stromerzeugung zu unterstützen, ist der Ausgleich des schwankenden Strombedarfs die intermittierende Natur einiger grüner Quellen. Um beispielsweise bei den Dekarbonisierungsbemühungen erfolgreich zu sein und jegliche Verschwendung zu vermeiden, ist es wichtig, Kürzungen zu verhindern. Dies geschieht, wenn ein Stromerzeugungssystem in der Regel aufgrund einer vorübergehenden Beschränkung aufgrund einer Überlastung daran gehindert wird, in das Netz einzuspeisen, wodurch potenzielle CO2-arme Energiequellen im Wesentlichen verschwendet werden.

Um die Erzeugungskapazität voll auszunutzen, sind robuste, zuverlässige und hocheffiziente Energiespeicherlösungen erforderlich, da sie das erforderliche Maß an Flexibilität bieten können, um eine stabile und konsistente Versorgung des Netzes aufrechtzuerhalten. Strategien wie diese können Spitzenlastausgleichs- und Lastverlagerungsaktivitäten unterstützen. Druckluft-Energiespeicher (CAES) in ihren verschiedenen thermomechanischen Formen gehören zu den vielversprechendsten Technologien, die im kommerziellen Maßstab für das Energiemanagement mit hoher Kapazität verfügbar sind. Durch die Einsparung potenzieller Energie in Form von Druckluft sind diese Systeme in der Lage, bei Bedarf große Strommengen zu erzeugen. Abgesehen vom Zugang zu einer Kaverne sind CAES-Anlagen im Gegensatz zu Pumpwasserkraft und ihrem täglichen Bedarf auch nicht von bestimmten Regionen abhängig - Die Entladung ist sehr gering, so dass die gespeicherte Energie über lange Zeiträume ohne nennenswerte Verluste effektiv gehalten werden kann. Darüber hinaus haben CAES-Anlagen aufgrund der bewährten Beschaffenheit der zugrunde liegenden Ausrüstung in der Regel eine geplante Lebensdauer von über 40 Jahren, wodurch die Gesamtkosten pro Energieeinheit (oder Strom) zu den niedrigsten aller verfügbaren Speichertechnologien gehören Um diese Ergebnisse zu erzielen, können CAES-Anlagen verschiedene Konfigurationen nutzen, darunter die innovative Flüssigluft-Energiespeichermethode, die thermomechanische Prinzipien nutzt, um die Vorteile von CAES zu nutzen. Bei der Liquid-Air-Variante wird die Luft während der Ladephase gereinigt und auf ihren flüssigen Zustand abgekühlt. Anschließend wird es bei kryogenen Temperaturen und niedrigem Druck in geeigneten Tanks gelagert. Bei der Entladung wird die flüssige Luft auf einen hohen Druck gepumpt, verdampft und erhitzt, um den flüssigen Luftstrom auszudehnen. Das entstehende Hochdruckgas treibt eine Reihe von Turbinen in einer Energierückgewinnungseinheit an.

Der oben beschriebene Flüssigluft-Energiespeicherkreislauf nutzt Komponenten, die üblicherweise in konventionellen Kraftwerken und industriellen Luftzerlegungsanlagen zu finden sind. Daher bieten sie mehrere Vorteile. Erstens sind sie gut erprobt und weithin akzeptiert. Zweitens ist diese Ausrüstung weithin verfügbar, um kommerzielle Anlagen zu unterstützen. Schließlich verfügen sie über wohlverstandene Wartungsanforderungen. Darüber hinaus führt der Einsatz von Flüssigluft-Energiespeichersystemen zu Energiedichten, die bis zu 8,5-mal höher sein können als bei herkömmlichen Druckluftalternativen. Daher ist es möglich, kompakte Anlagen zu schaffen, die wirtschaftlicher, effizienter, einfacher zu implementieren und für Standorte mit begrenztem verfügbaren Platz geeignet sind. Darüber hinaus macht der Stromerzeugungszyklus die Notwendigkeit einer Verbrennung und die damit verbundenen Kohlenstoffemissionen überflüssig und unterstützt gleichzeitig „Kälte“. Recycling-Praktiken. Die Abwärme der Verflüssigerkompressoren wird innerhalb des Prozesses für hocheffiziente Abläufe zurückgewonnen, und die Speicherung und Wiederverwertung der beim Entladen freigesetzten Wärmeenergie kann als Teil eines geschlossenen Kreislaufsystems zur Unterstützung der Luftverflüssigungsaktivitäten während des Ladens genutzt werden.Automatisierung des Energiespeicherprozesses Kontrolle Ein Flüssigluft-Energiespeicherungsprozess bietet per se einzigartige finanzielle und ökologische Vorteile. Dennoch können bei Temperaturen zwischen -200 und +600 °C und Drücken von bis zu 200 bar schon kleine Abweichungen die Leistung erheblich beeinträchtigen. Daher ist die optimale Steuerung der Verarbeitungsparameter in den verschiedenen Phasen von entscheidender Bedeutung. Dies ist für die Aufrechterhaltung der Energieeffizienz und niedriger Kosten bei gleichzeitiger Maximierung der Endergebnisse von entscheidender Bedeutung. Durch die Unterstützung von Echtzeit-Feedback- und Feedforward-Systemen sowie der Fernüberwachung bieten industrielle Automatisierungstechnologien eine ideale Lösung, um konstant Spitzenleistung und Effizienz zu liefern. Genauer gesagt bietet die vollständig integrierte automatisierte Prozesssteuerung einen hochverfügbaren, reaktionsschnellen und sicheren Rahmen für die Überwachung und Visualisierung, Trenderstellung und Analyse sowie die Verwaltung und Synchronisierung aller elektromechanischen Geräte vor Ort. Durch die Verwendung dieser Art automatisierter Einrichtung wird flüssige Luft Betreiber von Energiespeicheranlagen können die ordnungsgemäße Abfolge aller Prozesse sicherstellen und jeden Alarm umgehend beheben, um die Betriebszeit zu maximieren und letztendlich eine hohe Effizienz und Produktivität zu erzielen. Dadurch ist es für Anlagen möglich, eine regelbare und vorhersehbare Stromverteilung in das Netz zu realisieren und dabei gleichzeitig einen niedrigen CO2-Fußabdruck – oder sogar Netto-Null – beizubehalten. Eine präzise Kontrolle über den Betrieb zur Gewährleistung eines optimalen Betriebs erfordert jedoch ein tiefgreifendes Verständnis des Prozesses und der Art und Weise, wie alle Komponenten zusammenarbeiten und sich gegenseitig beeinflussen. Nur so ist es möglich, alle Aktivitäten effektiv zu regulieren. Da Flüssigluft-Energiespeicher relativ neu sind, stehen diese Erkenntnisse den Anlagenmanagern möglicherweise nicht ohne weiteres zur Verfügung.

Ein flexibler Automatisierungsaufbau, der Flüssigluft-Energiespeicheranlagen unterstützen und gleichzeitig zur Entwicklung von Prozesskenntnissen beitragen kann, ist eine wichtige Ressource. Darüber hinaus kann der Einsatz fortschrittlicher Datenanalysen die Erstellung eines genauen und präzisen Prozessmodells ermöglichen, das als digitaler Zwilling bekannt ist. Dies bietet eine virtuelle Echtzeitdarstellung eines physischen Vermögenswerts. Es nutzt Daten, die von Sensoren im System generiert werden, als Eingaben und erstellt Vorhersagen über zukünftiges Verhalten. Anschließend werden diese Daten in genaue, zugängliche und leicht verständliche Informationsformate umgewandelt, die sofortige Erkenntnisse ermöglichen. Wenn mehr Daten verfügbar werden, kann der digitale Zwilling ständig aktualisiert werden, um eine verbesserte Genauigkeit und zusätzliche Funktionen zu bieten. Der unmittelbarste Vorteil eines solchen Frameworks ist die Möglichkeit, alle Prozessinformationen zu organisieren und über einen einzigen, umfassenden Prozessüberblick zu verfügen, der eine effektive Entscheidungsfindung ermöglicht. Digitale Zwillinge ermöglichen es Bedienern, verschiedene Betriebsbedingungen und -szenarien zu simulieren und die Einschränkungen des Systems zu bewerten, ohne dies zu tun müssen diese in der physischen Welt ausführen. Dies trägt wiederum zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und Sicherheit bei. Folglich ist eine digitale Zwillingsanwendung, die alle Phasen einer Flüssigluft-Energiespeicheranlage umfasst, ein wichtiges Werkzeug, das zur Verbesserung der Prozessmodellierung und des Prozessverständnisses eingesetzt werden kann und gleichzeitig agile Abläufe ermöglicht und kontinuierliche Verbesserungen vorantreibt. Darüber hinaus können diese virtuellen Darstellungen noch weiter gehen und mit ihren physischen Gegenstücken als Cyber-Physical Systems (CPSs) interagieren, um noch proaktivere und flexiblere Setups zu schaffen. Um die Vorteile der neuesten industriellen Automatisierungslösungen wie fortschrittliche Prozesssteuerung und -steuerung voll auszuschöpfen Für digitale Zwillinge sollten Energiespeicher mit einem erfahrenen Systemintegrator zusammenarbeiten. Dies kann auf die spezifischen Bedürfnisse der Branche eingehen und ist in der Lage, innovative Verarbeitungsmethoden und -technologien zu unterstützen und zukunftssichere, skalierbare Lösungen zu liefern, die mit einem Unternehmen wachsen und es vorantreiben können.

Highview Power, ein weltweit führender Anbieter von Langzeit-Energiespeicherlösungen, unterstützt die weltweite Einführung fortschrittlicher kryogener Anlagen mit seiner proprietären Flüssigluft-Energiespeichertechnologie. Das neueste Projekt des Unternehmens ist der Bau einer 50-MW-Flüssigluft-Energiespeicheranlage (mit mindestens 250 MWh) in Carrington Village, Greater Manchester, Großbritannien. Die Anlage kann etwa 200.000 Haushalte sechs Stunden am Tag mit Strom versorgen und wird dazu beitragen, die Energie auszugleichen Angebot und Nachfrage nach erneuerbaren Energien. Um den erfolgreichen Betrieb dieser bahnbrechenden Anlage sicherzustellen, arbeitet das Unternehmen eng mit seinem Automatisierungs- und Technologieentwicklungspartner Optimal Industrial Automation zusammen. Der Automatisierungssystemintegrator unterstützt Highview Power seit der Gründung der ersten Demonstrationsanlage im vorkommerziellen Maßstab des Spezialisten für kryogene Energiespeicherung die Pilsworth-Deponieanlage in Bury, Greater Manchester. Da die Automatisierungsanforderungen dieser ursprünglichen Anlage aufgrund der Einzigartigkeit der Technologie nicht spezifiziert waren, war ein Automatisierungsspezialist, der mit dem Unbekannten umgehen und eine flexible Lösung liefern konnte, ein Muss. Nachdem bereits ein bewährtes System zur Bewältigung dieser Herausforderungen entwickelt wurde, angefangen bei den Instrumentierungsanforderungen bis hin zur Inbetriebnahme, war Optimal die offensichtliche Wahl. Für sein neuestes, größeres Projekt in Carrington war Highview Power sehr daran interessiert, dass das automatisierte System über einen digitalen Zwilling von verfügt die Flüssigluft-Energiespeicheranlage für den Einsatz in Schulungen und für Marketingdemonstrationen. Dies würde das Wachstum guter Asset-Daten unterstützen, was für die kontinuierliche Verbesserung des Prozessmodells und ein immer detaillierteres Verständnis von entscheidender Bedeutung ist. Auf diese Weise würde der digitale Zwilling letztendlich die Optimierung dieser und zukünftiger Anlagen sowie die Zukunftssicherheit des Energiespeicherbetriebs im Einklang mit der digitalen Transformationsstrategie des Unternehmens unterstützen.

Alan Messenger verfügt über 30 Jahre Erfahrung in der Automatisierung und Steuerung, davon 28 Jahre im Vertrieb von Schlüsseltechnologien und -lösungen. Seine Branchenerfahrung umfasst die pharmazeutische Herstellung sowie schwierigere Nischenanwendungen, bei denen ein breites Spektrum an technischen Kenntnissen und Fähigkeiten erforderlich ist. Er kam 2008 als Account Manager zu Optimal Industrial Automation und wurde 2020 Vertriebsleiter. Er ist unter [email protected] erreichbar.

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