Gemelos digitales calientan las capacidades de las plantas de almacenamiento de energía

May 27, 2023

Aprovechar la automatización industrial de vanguardia con modelos de simulación en tiempo real. Esta característica apareció originalmente en la edición IIoT & Industry 4.0 de Automation 2023.

Las fuentes de energía renovable, como RNG, brindan múltiples beneficios. Además de respaldar objetivos ambiciosos de descarbonización y cero emisiones netas, también ofrecen la forma más económica de crear un sistema de energía descentralizado. Esto, a su vez, puede ayudar a lograr un acceso universal, confiable y asequible a la energía. Por estas razones, el uso de fuentes de energía alternativas está aumentando en popularidad, representando casi el 11 % de la energía generada a nivel mundial y formando una parte importante de la combinación energética. en muchos países. Por ejemplo, el uso de energías renovables en Noruega cubrió más del 60 % del consumo total en 2018. Uno de los desafíos clave que se deben superar para respaldar la creciente adopción de gas natural renovable y otros recursos renovables para la generación de energía es equilibrar las fluctuantes demandas de electricidad con la naturaleza intermitente de algunas fuentes verdes. Por ejemplo, para tener éxito en los esfuerzos de descarbonización y evitar cualquier desperdicio, es esencial evitar la reducción. Esto ocurre cuando se impide que un sistema de generación de energía exporte a la red, generalmente debido a una restricción temporal causada por la congestión, lo que básicamente desperdicia suministros potenciales de energía con bajas emisiones de carbono.

Para aprovechar al máximo la capacidad de generación, se requieren soluciones de almacenamiento de energía sólidas, confiables y altamente eficientes, ya que pueden proporcionar el nivel de flexibilidad necesario para mantener un suministro estable y constante a la red. Estrategias como estas pueden respaldar actividades de cambio de carga y reducción de picos. El almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES) en sus diversas formas termomecánicas se encuentra entre las tecnologías más prometedoras disponibles a escala comercial para la gestión de energía de alta capacidad. Al ahorrar energía potencial en forma de aire comprimido, estos sistemas pueden generar grandes cantidades de energía según la demanda. Además, aparte del acceso a una caverna, las instalaciones de CAES no dependen de geografías específicas, a diferencia de la energía hidroeléctrica de bombeo, y su autonomía diaria -La descarga es muy baja, lo que permite mantener eficazmente la energía almacenada durante largos períodos sin pérdidas considerables. Además, debido a la naturaleza bien probada del equipo subyacente, las plantas CAES suelen tener una vida útil diseñada de más de 40 años, lo que mantiene los costos generales por unidad de energía (o potencia) entre los más bajos de todas las tecnologías de almacenamiento disponibles. Para lograr estos resultados, las instalaciones de CAES pueden utilizar diferentes configuraciones, una de las cuales es el innovador método de almacenamiento de energía de aire líquido, que aprovecha los principios termomecánicos para promover los beneficios de CAES. En la variante de aire líquido, el aire se purifica y se enfría a su estado líquido durante la fase de carga. Luego se almacena a temperaturas criogénicas y baja presión en tanques adecuados. Cuando se descarga, el aire líquido se bombea a alta presión, se evapora y se calienta para expandir la corriente de aire líquido. El gas a alta presión resultante impulsa un conjunto de turbinas en una unidad de recuperación de energía.

El ciclo de almacenamiento de energía de aire líquido descrito anteriormente utiliza componentes que se encuentran comúnmente en centrales eléctricas convencionales y plantas industriales de separación de aire. Por lo tanto, ofrecen múltiples ventajas. En primer lugar, están bien probados y son ampliamente aceptados. En segundo lugar, este equipo está ampliamente disponible para soportar instalaciones a escala comercial. Finalmente, tienen requisitos de mantenimiento bien entendidos. Además, el uso de sistemas de almacenamiento de energía de aire líquido conduce a densidades de energía que pueden ser hasta 8,5 veces más altas que las alternativas convencionales de aire comprimido. Por lo tanto, es posible crear plantas compactas que sean más económicas, eficientes, más fáciles de implementar y adecuadas para sitios con espacio disponible limitado. Además, el ciclo de generación de energía elimina la necesidad de combustión y las emisiones de carbono asociadas al mismo tiempo prácticas de reciclaje. El calor residual de los compresores del licuador se recupera dentro del proceso para operaciones altamente eficientes, y el almacenamiento y reciclaje de la energía térmica liberada durante la descarga se puede utilizar como parte de un sistema de circuito cerrado para respaldar las actividades de licuefacción del aire durante la carga. Automatización del proceso de almacenamiento de energía control Un proceso de almacenamiento de energía de aire líquido ofrece beneficios financieros y ambientales únicos en sí mismos. No obstante, con temperaturas que oscilan entre -200 y +600 °C y presiones que alcanzan los 200 bar, pequeñas variaciones en estas pueden afectar significativamente el rendimiento. Esto significa que el control óptimo de los parámetros de procesamiento a lo largo de las diferentes fases es clave. Esto es esencial para mantener la eficiencia energética y los costos bajos mientras se maximizan los resultados finales. Al admitir sistemas de retroalimentación y retroalimentación en tiempo real, así como el monitoreo remoto, las tecnologías de automatización industrial brindan una solución ideal para brindar rendimiento y eficiencia máximos de manera constante. Más precisamente, el control de procesos automatizado totalmente integrado proporciona un marco altamente disponible, receptivo y seguro para el monitoreo y la visualización, las tendencias y el análisis, y la gestión y sincronización de todas las piezas del equipo electromecánico en el sitio. Al usar este tipo de configuración automatizada, el aire líquido Los operadores de plantas de almacenamiento de energía pueden garantizar la secuencia adecuada de todos los procesos y abordar rápidamente cualquier alarma para maximizar el tiempo de actividad y, en última instancia, brindar una alta eficiencia y productividad. Como resultado, es posible que las instalaciones realicen una distribución de energía despachable y predecible a la red y al mismo tiempo mantengan una huella de carbono baja, o incluso cero neta. Sin embargo, tener un control preciso sobre las operaciones para garantizar operaciones óptimas requiere una comprensión profunda del proceso y las formas en que todos los componentes trabajan juntos y se influyen mutuamente. Solo de esta manera es posible regular efectivamente todas las actividades. Dado que las instalaciones de almacenamiento de energía de aire líquido son relativamente nuevas, es posible que esta información no esté disponible para los gerentes de planta.

Tener una configuración de automatización flexible que pueda respaldar las plantas de almacenamiento de energía de aire líquido mientras ayuda a desarrollar el conocimiento del proceso es un recurso clave. Además, el uso de análisis de datos avanzados puede permitir la creación de un modelo de proceso exacto y preciso conocido como gemelo digital. Esto ofrece una representación virtual en tiempo real de un activo físico. Utiliza datos generados por sensores en el sistema como entradas y produce predicciones sobre comportamientos futuros. Luego convierte estos datos en formatos de información precisos, accesibles y fácilmente comprensibles para obtener conocimientos inmediatos. A medida que haya más datos disponibles, el gemelo digital se puede actualizar constantemente para ofrecer mayor precisión y capacidades adicionales. El beneficio más inmediato de dicho marco es la capacidad de organizar toda la información del proceso y tener una visión general única y completa del proceso que permita una toma de decisiones efectiva. Los gemelos digitales permiten a los operadores simular diferentes condiciones y escenarios operativos, evaluando las limitaciones del sistema sin la necesita ejecutar estos en el mundo físico. Esto, a su vez, ayuda a mejorar la rentabilidad y la seguridad. En consecuencia, una aplicación de gemelo digital que abarque todas las etapas de una planta de almacenamiento de energía de aire líquido es una herramienta clave que se puede utilizar para mejorar el modelado y la comprensión del proceso, al mismo tiempo que permite operaciones ágiles e impulsa mejoras continuas. Además, estas representaciones virtuales pueden ir aún más lejos, interactuando con sus contrapartes físicas como sistemas ciberfísicos (CPS) para crear configuraciones aún más proactivas y flexibles. Para aprovechar al máximo los beneficios de las últimas soluciones de automatización industrial, como control avanzado de procesos y gemelos digitales, las instalaciones de almacenamiento de energía deben asociarse con un integrador de sistemas experto. Esto puede abordar las necesidades específicas del sector y está equipado para respaldar métodos y tecnologías de procesamiento innovadores, brindando soluciones escalables y preparadas para el futuro que pueden crecer con un negocio y promoverlo.

Highview Power, líder mundial en soluciones de almacenamiento de energía de larga duración, respalda la adopción global de plantas criogénicas avanzadas con su tecnología patentada de almacenamiento de energía de aire líquido. El último proyecto de la empresa es la construcción de una instalación de almacenamiento de energía de aire líquido de 50 MW (con un mínimo de 250 MWh) en Carrington Village, Greater Manchester, Reino Unido. Capaz de alimentar aproximadamente 200.000 hogares durante seis horas al día, la planta ayudará a equilibrar la oferta y demanda de energías renovables. Para garantizar operaciones exitosas en esta instalación emblemática, la compañía está colaborando estrechamente con su socio de desarrollo de tecnología y automatización, Optimal Industrial Automation. El integrador de sistemas de automatización ha estado apoyando a Highview Power desde la creación de la primera planta de demostración a escala precomercial del especialista en almacenamiento de energía criogénica en las instalaciones del vertedero de Pilsworth en Bury, Greater Manchester. Dado que los requisitos de automatización de esta instalación inicial no estaban especificados, debido a la naturaleza única de la tecnología, era imprescindible contar con un especialista en automatización que pudiera manejar lo desconocido y brindar una solución flexible. Después de haber desarrollado un sistema probado para hacer frente a estos desafíos, comenzando con los requisitos de instrumentación y hasta la puesta en marcha, Optimal era la elección obvia. Para su último proyecto más grande en Carrington, Highview Power estaba interesado en que el sistema automatizado presentara un gemelo digital de la instalación de almacenamiento de energía de aire líquido para uso en capacitación y para demostraciones de marketing. Esto apoyaría el crecimiento de buenos datos de activos, que es clave para la mejora continua del modelo de proceso y una comprensión cada vez más detallada. Al hacerlo, el gemelo digital respaldaría en última instancia la optimización de esta y futuras plantas, así como las operaciones de almacenamiento de energía preparadas para el futuro, en línea con la estrategia de transformación digital de la compañía.

Alan Messenger tiene 30 años de experiencia en automatización y control, 28 de los cuales han sido en ventas de tecnologías y soluciones clave. Su experiencia en la industria incluye la fabricación de productos farmacéuticos, así como aplicaciones de nicho más difíciles donde se necesita una amplia gama de conocimientos y habilidades técnicas. Se unió a Optimal Industrial Automation en 2008 como gerente de cuentas y se convirtió en director de ventas en 2020. Se le puede contactar en [email protected].

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