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数字控制和改善波动的能量过程

数字能力的应用如何推动能源和资源的转变。

由玛蒂娜沃尔泽等 2021年9月29日,
提供:西门子工程师新产品数据库yabo10.com

Carbon2Chem项目正在研究将二氧化碳排放作为化学工业原料的解决方案。该项目的成果可能解决两个挑战:减少向大气排放富含碳的气体和替代化石原料作为碳源。为了实现这些目标,来自科学和工业的合作伙伴正在为能源和原材料的可持续管理开发解决方案。

《京都议定书》明确指出,二氧化碳是严重影响全球变暖的温室气体。例如,这种无色无味的气体是在燃烧煤、石油或天然气等化石能源载体时产生的,它是人类加剧的温室效应(人为二氧化碳)的主要贡献者。各种估算都假设存在时间超过100年(即自然过程最终从大气中去除二氧化碳分子的时间)。因此,在未来几年降低排放是至关重要的。

碳循环支持循环经济是Carbon2Chem项目的主题。在德国教育和研究部的资助下,来自科学和工业的合作伙伴正在合作开发解决方案。其目标是利用可再生能源将炼钢厂产生的含碳气体转化为甲醇等化学原料。需要对流程进行设计,以便灵活地管理负载的变化。最后,熔炉排出的废气作为燃料、塑料或化肥的原料。

这些新工艺的挑战在于,废气的流动在体积和化学成分上都是不同的。更重要的是,可再生能源——以及它们所生产的氢——并非都能得到。然而,过程自动化系统必须提供对这些波动过程的安全、最优控制。

人工智能的可靠基础

“在这个项目中,我们从多种温度测量和气体分析仪中收集数据,并使用AI工具开发多变量控制系统。这将导致更节能的过程,更长的催化剂使用寿命,以及更好的选择性和产量,”Fraunhofer UMSICHT低碳技术部门负责人Andreas Menne博士说。“这些数据还有助于改进现有的过程模拟和动力学模型。由于基于模型的预测控制、预测维护或联合仿真能够实现深远的优化,这两者都会影响整个流程的成本效益和可持续性。”

仪器仪表和控制系统正在有效地支持开发从气体流中合成甲醇的进展,这在数量和成分上是波动的。

精确的温度变化情况

光纤方法用于确定反应堆内的温度分布。它可以同时捕获和评估许多温度测量值。在一个非常细的光纤测量矛上安装了多个传感器(光纤光栅(FBG))。

光纤光栅是一种通常只有几毫米长的微结构,它被嵌入到标准单模光纤的核心中。它作为波长选择性反射的共振结构:它是一个窄带滤波器。温度和压力的变化引起波长的变化。为了消除压力的影响,FBG作为温度传感器使用时不能承受应变。由于这个原因,单独的光纤,被称为矛,被安装在保护管(金属毛细管)。由于测量值传输(光的反射)在同一纤维中,不需要额外的电缆。这意味着用于测量设置的保护管的横截面可以大大减少。

发射机发射的光在1500到1600纳米范围内。根据单个FBG传感器的反射,系统计算温度分布,并通过Profibus接口提供值,用于控制系统的评估。这些信息构成了实施和优化过程控制以及已安装资产管理的基础。

可靠的信息对于实现创新过程至关重要,以便在不损害欧洲化学、钢铁或水泥行业等能源密集型行业竞争力的情况下实现巴黎气候协议的目标。在专用应用中精确的数据评估,并将结果应用到改进的控制算法中,从而实现经济和可持续的过程控制。数字化工厂因此能够推动工业应用,推动去石化和现代化,符合欧盟委员会的绿色协议。

这篇文章最初发表于控制工程的欧洲网站.由Chris Vavra编辑,网页内容经理,控制工程、《媒体,cvavra@cfemedia.com


玛蒂娜沃尔泽等
作者简介:Martina Walzer是西门子数字工业的技术概念经理。