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西门子:全生命周期工艺仿真为过程工业减碳按下“加速键”

时间:2022-09-22

来源:西门子工厂自动化工程有限公司

导语:“今年夏天,全国多地热浪、干旱等天气频发,再次为全社会敲响警钟:气候变暖已“亮起红灯”,减碳减排刻不容缓。”

  

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  国际能源组织数据显示,2021年中国工业领域的碳排放占总量的40%,工业减碳是实现“双碳”目标的关键,而涉及电力、石化、化工、建材等多个能源密集型产业的过程工业则是其中的重中之重。西门子通过将数字化与绿色化深度融合,以工艺过程数字孪生技术(PSE)为核心,从全产业节能减排提效、清洁能源拓展应用、碳捕集利用与封存三个维度,打造了一体化的低碳技术架构与工艺方案,为过程工业碳减排按下“加速键”。

  减排增效,加速传统行业低碳转型

  过程工业的特点是大规模、连续化生产,因生产流程复杂、集成度高、工艺相对固化,所以低碳转型过程中需要全流程相互配合,是一项实施难度极大的系统工程。为流程行业企业建立生产全过程的数字孪生, 通过现实与虚拟世界的实时交互与迭代优化,实现核心生产工艺优化、生产过程精准预测与控制、设备全生命周期管理、产品质量追溯与管控等功能,可以大幅优化生产效率、提升能源利用效率,实现低碳转型。

  西门子PSE 拥有先进的多维度精细建模、动态仿真和实时优化技术。利用PSE工艺建模平台gPROMS ,企业能够在整个工厂生命周期内,建立生产工艺的机理模型,并结合动态生产数据持续优化工艺、自动操控生产参数、确保系统实时处于最优的工作状态,实现“卡边操作”,从而不断提高生产效率、降低能耗与碳排放。

  在助力传统行业低碳转型的过程中,PSE的应用价值已得到了实际验证。在天然气液化与存储领域,西门子基于丰富的行业经验与设备知识,利用PSE gPROMS平台,助力国内某石化企业实现了科学排产、实时优化、开车辅助、工艺安全保障、BOG管理等功能,为该企业带来了1.51%的液体产品提升率。对于这家日外输量达千万级别的场站而言,此次优化将带来每年约2亿元人民币效益的提升。

  降本提速,推进氢能产业化进程

  要想从源头实现低碳、乃至零碳生产,供给侧改革的重要性不容忽视。氢能源因储量大、污染小、效率高,被誉为“ 终极清洁能源”,是实现能源结构调整、清洁能源替代的重要抓手。

  当前,制约氢能产业发展的关键因素之一是如何降低成本,亟需通过需求端培养,有效拉动供给端,实现规模化效应。西门子PSE氢能产业链工艺仿真技术,通过在虚拟空间模拟氢能开发、应用的全过程,能够大幅降低新技术、工艺的开发、运营成本,缓解企业发展氢能的成本之忧,加速氢能产业的普及和规模化进程。

  某汽车品牌在氢燃料电池车辆的设计过程中使用了西门子SPSE模拟优化技术,通过全工艺流程的虚拟仿真,大幅度减少了车辆开发过程中的实验次数,从而缩短了新技术商业化时间,降低了电池堆成本,降低了整个项目的开发成本。西门子gPROMS平台强大的动态模拟仿真优化功能,还为该品牌实现了对复杂的车辆运行工况、可再生能源发电的高动态性进行高效分析、便捷控制,从而有效提升运营效率、降低运营维护成本。

  循环利用,打通零碳最后一公里

  在中国能源结构仍以化石能源为主体的背景下,碳捕集、利用与封存(CCUS)技术是实现化石能源净零排放、保障电力稳定供应的重要途径。CCUS能够把生产过程中排放的二氧化碳进行捕集提纯,继而投入到新的生产过程中,从而实现循环再利用,并打通零碳的“最后一公里”。

  西门子PSE gCCS是专为完整CCS链设计的建模软件。这一高保真系统碳捕集封存解决方案,可模拟从燃料燃烧到二氧化碳捕捉、压缩和运输,再到注入的全生命周期。该软件基于西门子PSE gPROMS先进过程建模平台,运用精密模型算法,能够建立高保真的现实模型,为企业提供制定决策的可靠依据,有效避免工艺过程中出现严重错误,带来浪费。

  从传统产业转型、能源结构优化到碳管理, PSE正为过程工业的减碳之旅带来强劲动力。展望未来,西门子也将以咨询规划为先导,以数字孪生为核心,帮助不同行业企业量身打造低碳战略路线,做好绿色智能制造的领先践行者与布道者,帮助更多过程工业用户解决减碳难题,推动中国工业迈向高质量、绿色与可持续发展。


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