YOKOGAWA'DAN DİJİTAL İKİZ ÇÖZÜMÜ

Yokogawa, Enerji ve Emisyon Yönetimine Yönelik Gerçek Zamanlı, Modele Dayalı Dijital İkiz çözümünü sunuyor. Enerji yönetimi sistemi, enerji kullanımını ve emisyonları en iyi şekilde planlamayı, izleyebilmeyi ve işletebilmeyi sağlıyor.

YOKOGAWA'DAN DİJİTAL İKİZ ÇÖZÜMÜ
Endüstrideara

Şirketler kazançlarını arttırıp emisyonları azaltmanın yollarını ararken, enerji sistemlerinin optimizasyonu doğal olarak ele alınacak olan ilk faktörlerden bir tanesini oluşturur. Yokogawa tarafından sunulan çözüm; Visual MESATM gerçek zamanlı, modele dayalı, enerji yönetimi sistemi, enerji kullanımını ve emisyonları en iyi şekilde planlamayı, izleyebilmeyi ve işletebilmeyi sağlamaktadır.

Enerji haritası, enerji maliyetlerinin geniş bir aralıkta dalgalanmalar göstermesi ve Sera Gazları (GHG’ler) emisyonlarının azaltılmasına yönelik endişelerin dünya çapında ciddi bir şekilde taraf bulması ile yeniden şekillenmektedir. Kömür ve nükleer gibi geleneksel enerji kaynaklarının önemi zamanla azalırken, doğal gaz ve yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanan tedarikler istikrarlı bir şekilde artmaktadır. Enerjinin maliyet ve emisyonlar üzerinde oynadığı rolün farkında olan üreticiler, sürekli olarak bunları azaltmanın yollarını aramaktadırlar. 

COVID-19 salgınının etkileri, tüketim şekillerini etkilemiş olup petrol ve petrolden türetilmiş ürünlere yönelik ciddi fiyat değişimlerine sebebiyet vermiştir. Toplam tüketimin 2021 yılında toparlanması beklenirken, geleneksel enerji kaynakları, yenilenebilir kaynaklar gibi rekabetçi seçenekler artmaya devam ettiği ve sürekli olarak daha ucuz hale geldiğinden önceki fiyat seviyelerine asla geri dönemeyebilir. Enerji piyasasında, saatlik veya daha hızlı olarak değişen fiyatlar dünya çapında giderek daha yaygın hale gelmektedir.

ENERJİ KULLANIMINDA YÜZDE 10’LUK AZALMA, KAR PAYINDA YÜZDE 5 ARTIŞ DEMEK 

Bununla birlikte, büyük ölçekli üretim tesislerinde, enerji, normal koşullarda işletme masraflarının %50’sini teşkil etmektedir. Sonuç olarak, enerji kullanımında %10’luk bir azalma, kar paylarını %5 oranında iyileştirebilmektedir. Şirketler kazançlarını arttırıp emisyonları azaltmanın yollarını ararken, enerji sistemlerinin optimizasyonu doğal olarak ele alınacak olan ilk faktörlerden bir tanesini oluşturmaktadır.

Enerji tüketimi detaylı ve gerçek zamanlı olarak ölçülebildiğinde, yalnızca birkaç değişiklikle toplam enerji tüketiminin ciddi bir şekilde azaltılabilmesi mümkündür. Birçok tesiste, verimliliği arttırmak, enerji tüketimini ve emisyonları azaltmak adına hızlı bir şekilde iyileştirmeler yapabilir. Diğer yandan, bir tesisin kombine çevrim gaz türbini inşa etmesi gibi büyük ölçekli projelerin maliyet/fayda potansiyelleri açısından dikkatli bir şekilde analiz edilmesi gerekmektedir.

Üretim tesislerinin, mevcut enerji vektörlerinin geleneksel veya yenilenebilir kaynaklardan nasıl üretilebileceğini, dağıtımının yapılabileceğini ve var olan enerji sistemlerine entegre edilerek veya var olan enerji sistemlerini yeniden formüle ederek kullanılmak üzere nasıl birleştirilebileceğini dikkate alması gerekmektedir. Buradaki amaç hem maliyetleri hem de sera gazı emisyonlarını azaltmaktır.

ÖRNEK ÜRETİM 

Hidrojen üretimi bir örnek olarak dikkate alınabilir. Geleneksel olarak, bir tesis için hidrojen üretmenin en ucuz yolu metanın dönüştürülmesidir, fakat bu süreç yan ürün olarak normal şartlarda atmosfere salınan karbondioksit gazını açığa çıkarmaktadır. Eğer tesis karbondioksit salınımını ortadan kaldırmak istiyorsa, maliyeti daha yüksek bir yaklaşımla enerji kullanarak suyu elektroliz yoluyla oksijen ve hidrojene ayrıştırabilir (buna yeşil hidrojen adi verilmektedir). Bunun yapılmasının avantajlı olup olmadığına karar verilmesi büyük ölçüde enerji kaynağına bağlıdır.

Eğer suyu elektrolize etmek için kullanılan elektrik kömür yakan bir enerji santralinden elde ediliyorsa, hidrojen birimi başına üretilen karbondioksit miktarı muhtemelen metanı dönüştürmekten daha fazla olacaktır. Ancak, eğer elektrik, rüzgâr türbinleri veya bir dizi fotovoltaik panel tarafından üretiliyorsa veya tesisin kombine çevrim gaz türbini sisteminden elde edilen fazla enerjiden elde ediliyorsa, ekonomik yapı değişebilir. Bu yaklaşımın kullanılması daha az (veya sıfır) karbondioksit üretmekte, metan kullanmamakta ve daha ucuz olabilmektedir. Bu koşullar her zaman veya her gün mevcut olmayabilir, fakat bazı endüstriyel tesisler mümkün olduğunda bunlardan yararlanabilecek durumda olmalıdır.

Bu tip kararları verebilmek için, enerji kaynakları ve herhangi bir zamanda tesisteki enerji kullanımları hakkında detaylı bir veri akışına sahip olmak ve Şekil 1’de anlatıldığı gibi, bu detaylı verileri, üretim ve tüketim ile ilgili tahminleri,  süreç planlamasını, raporlamayı ve proses kontrol faaliyetlerini koordine edebilme yetisi olan bir yazılım gerektirmektedir.
 

Şekil 1: Visual MESATM gerçek zamanlı, modele dayalı, enerji yönetimi sistemi, enerji kullanımını ve emisyonları en iyi şekilde planlamayı, izleyebilmeyi ve işletebilmeyi sağlamaktadır.

Veriler, modeller ve yazılım araçları mevcut olduğunda, enerji kullanımı hem maliyetleri hem de emisyonları eş zamanlı olarak en aza indirgeyecek şekilde optimize edilebilir. Az sayıdaki tesis bu tür bir değerlendirmeyi gerçek zamanlı ve otomatik bir biçimde yapabilmektedir. Petrol rafinerileri ve çok-üniteli kimyasal tesisler gibi geniş ölçekli ve enerji kullanımı yoğun tesisler bile tüm destekleyici verileri toplayacak ve uygulamaya geçirebilecek uzmanlığa veya yazılım sistemlerine sahip olmayabilirler.

Herhangi bir zamanda, hangi enerji kaynağının kullanılması kararı, bütün olası seçeneklerle ilgili verilere sahip olunmasını gerektirmektedir. Kombine çevrim gaz türbini sistemini harekete geçirip şebekeden enerji alimini en aza indirgemeli miyiz ya da bunun aksini mi yapmalıyız veya ikisinin ortasında kalan bir yaklaşım mı benimsemeliyiz? Doğru kararın verilebilmesi, şebekeden sevk etmenin mevcut maliyetine kıyasla yakıt ve işletme maliyetlerinin bilinmesini gerektirmektedir. Bu değerler, sistemden alınan elektriğin fiyatına, hava koşullarına, yenilenebilir kaynakların mevcudiyetine vs. dayalı olarak zaman içinde dalgalanma gösterebilir. Örneğin, kombine çevrim gaz türbini sisteminin yalnızca bir veya iki saat boyunca çalıştırılması uygulanabilir olmayabilir, dolayısıyla, gerçekçi tahminler yapılmak zorundadır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının hâkim olduğu bir senaryoda, rüzgâr hızı ve güneş ışığı yoğunluğu gibi enerji üretimini etkileyen iklim faktörlerinin değişkenliğinden dolayı, üretim fazlasını yakalayabilmek adına enerji depolama mekanizmaları mevcut olmalı ve yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanan üretimde azalma beklendiğinde yedek olarak kullanılabilmelidir. Deponun ne zaman doldurulacağı veya boşaltılacağı hakkında gerçek zamanlı olarak da bir karar alınacaktır. Tüm bunlar enerji sistemini en iyi şekilde idare etmekten sorumlu olan kişiler için zorluk derecesi çok yüksek bir problem oluşturmaktadır.

DİJİTAL İKİZ YAKLAŞIMINI KULLANAN ARAÇLAR SEÇİMLERİ OPTİMİZE EDEBİLİR

Bu tür bir analiz, özellikle yenilenebilir kaynaklar söz konusu olduğunda, büyük-ölçekli ve karmaşık bir tesiste gerekli hızda ve ölçüde manüel olarak yapılamaz. Neyse ki, gerçek-zamanlı, modele dayalı, Dijital İkiz yaklaşımını kullanan yukarıda bahsetmiş olduğumuz araçlar hem enerji kaynaklarını hem de enerji tüketimini dikkate alarak, seçimleri geleneksel yöntemlerin çok ötesinde optimize edebilmeyi mümkün kılmaktadır.

Bu tür araçlar, aşağıdakiler gibi, birçok spesifik kabiliyete sahiptir:

•    Geleneksel, karbona-dayalı enerji ağlarında (yakıt, buhar, elektrik) yaygın olan ekipmanları ve alt-sistemleri ve aynı zamanda yenilenebilir enerjiyle alakalı ekipmanları ve sistemleri (solar, rüzgâr, biyo-kütle) dikkate alan, entegre edilmiş, gerçek-zamanlı, modele dayalı bir dijital ikiz.
•    Tesisin ve çevresinin gelecekteki koşullarıyla ilgili tahmin yürütmeye ve bu tahminleri kullanmaya yönelik destek. Örnek olarak bunlar, hava ve piyasa koşullarını (örneğin saatlik elektrik fiyatları) buhar, , yakıt, hidrojen gibi enerji kaynaklarına olan üretim talebini içermektedir.
•    Tesisin mevcut ve geçmiş enerji verimliliğinin ve performansının geçmiş verileri kullanarak analiz edilmesine yönelik destek.
•    Enerji envanterinin optimal yönetimine yönelik destek.
•    Hareketli bir ufuk zaman dilimi üzerinde sıklıkla güncellenen, optimal programı dikkate alan gerçek zamanlı optimizasyona yönelik destek. 
•    Bunları gerçekten uygulanabilir kılmak ve operatörlerin daha yüksek değerli faaliyetlerde bulunabilmesi için bu işlevlerin uzun ve kısa vadede otomatik olarak çalıştırılması.

Visual MESATM uygulamaları (Tablo 1), bütün tesisin ve komşu bölgelerin tüm enerji sistemlerinin gerçek-zamanlı ve modele dayalı analizini sağlayan, tesisin bir dijital ikiz modeli etrafında inşa edilmektedir. Operasyona entegre edildikten sonra,  Visual MESA uygulamaları üç araç üzerinden; çoklu dönem optimizasyon (MPO), enerji sisteminin gözetimi (EM) ve gerçek zamanlı optimizasyon (ERTO/ECLRTO), enerji sistemini, geçmişi dikkate alarak, gerçek zamanlı optimize eden ve bunları yaparken geleceği de göz önünde bulunduran faaliyetleri gerçekleştirmektedir. MPO uygulaması, hareketli bir ufuk için çoklu dönem planlama optimizasyonu yaparak, enerjinin gerçek zamanlı optimizasyonuna yönelik bir izleyici ve kılavuz işlevi görmekte ve tesisin her zaman en düşük maliyette ve emisyon limitleri dahilinde çalışmasına olanak tanımaktadır.

Entegre MPO/EM/ERTO/ECLRTO yaklaşımı, operatörlere ve mühendislere, Sanal Enerji Santrali (VPP) olarak bilinen konsept uyarınca, komşu bölgeleri de içerecek şekilde, tesisin enerji sistemlerinin optimal planlamasını üretebilmelerine, analiz edebilmelerine ve dağıtımını yapabilmelerine yardımcı olmaktadır. Bir VPP, rüzgâr santralleri, solar parklar ve Birleşik Isı ve Güç Santrali (CHP) üniteleri gibi merkezi olmayan güç üretim ünitelerinden ve ayrıca enerji tüketicilerinden, yeşil hidrojen üreticilerinden/kullanıcılarından ve depolama sistemlerinden meydana gelen nispeten karmaşık bir ağ olabilmektedir. Birbirine bağlı bu üniteler optimal olarak planlanacak, gözetlenecek ve gerçek zamanlı olarak optimize edilecek olan bir bütün olarak dikkate alınmaktadır.

Visual MESA Gerçek Zamanlı Enerji Optimizasyonu / Kapalı Döngü Gerçek Zamanlı Enerji Optimizasyonu (VM-ERTO / ECLRTO)

Visual MESA Enerji Sistemleri Gerçek Zamanlı Optimizasyonu uygulaması, açık döngü veya kapalı devre olarak kullanılabilinen, hem sürekli hem de süreksiz  değişkenleri içeren, enerji sistemlerinin optimizasyonuna yönelik piyasa lider konumunda olan gerçek zamanlı bir dijital ikizdir.

Visual MESA Enerji Montörü (VM-EM)

Visual MESA Enerji Sistemleri Gözetleme uygulaması, enerji sistemlerinin gözetimine yönelik olarak özel bir şekilde tasarlanmıştır (Temel Performans Göstergelerinin (KPI) hesaplanması, verilerin saklanması ve geçmiş verileri kullanarak hesaplama yapılması, enerji balansı denkliğinin izlenmesi vb.)

Visual MESA Çoklu Dönem Optimizasyonu (VM-MPO)

Visual MESA Çoklu Dönem Optimizasyon uygulaması, çoklu dönem kararların yanı sıra depolama ve sürekli ve süreksiz değişkenleri içeren enerji sistemlerinin optimal olarak planlanmasına yönelik bir enerji yönetim aracıdır.
 

Tablo 1: Visual MESATM EMS uygulama kapsamı.

Optimal planlamayı, gözetlemeyi ve optimizasyonu içeren gerçek-zamanlı enerji yönetimi araçları, her bir tesis farklı olduğundan, her bir tesise veya VPP’ye özel olarak tasarlanmak zorundadır. Enerji kaynakları ve kullanımları bir tesisten diğer tesise geniş ölçüde çeşitlilik göstermektedir, dolayısıyla, tek bir çözüm her tesis için uygun olamamaktadır. Yokogawa KBC bünyesindeki Visual MESA, dünyanın çeşitli bölgelerinde 100’den fazla tesiste kullanılmakta, kullanıcılarının enerji sistemlerinde  sürekli bir gelişme ve iyileştirme elde etmesine yardımcı olmaktadır. Birçok tesis, Visual MESA teknolojilerini on yıllardır istikrarlı bir şekilde kullanmakta ve böylece enerji sistemlerini şu anda ve yaklaşmakta olan enerji dönüşümü sırasında optimal bir şekilde çalıştırabilmektedir (Şekil 2).

Şekil 2: Yokogawa’nın KBC Visual MESATM EMS’si enerji dönüşümüne tam olarak hazırlıklıdır.

Visual MESATM enerji sistemleri yönetimi uygulamaları, bağımsız olarak çalışacak, yakıt/enerji fiyatı ve hava durumu gibi harici değişkenlerin ihtiyaç duyulan tahminlerini toplayacak ve işleyecek, hesaplamalar yapacak, temel performans göstergelerini depolayacak ve oluşturulan raporları dağıtacak bir şekilde yapılandırılmıştır. Visual MESA, açık döngü (open loop) seklinde çalıştırıldığında, hesapladığı optimal hedefler operatörler tarafında değerlendirilip manuel olarak uygulanmasına, kapalı devre (closed loop) olarak çalıştırıldığında ise, otomatik olarak optimal hedeflerin proses kontrol sistemine (APC) iletilmesine olanak sağlamaktadır.

Farklı zaman ölçeklerindeki karar alma sistemleri (MPO ve ERTO) arasındaki entegrasyon,  optimal planlamanın getirdiği kısıtlamaların hesaba katılarak, sistemin gerçek zamanlı olarak optimizasyon edilmesini sağlamaktadır. Sonuç olarak, gerçek zamanlı, model tabanlı bir Dijital İkiz yaklaşımı yardımıyla toplam maliyet ve sera gazı emisyonları önemli ölçüde azaltılabilmektedir.
 

Güncelleme Tarihi: 28 Eylül 2021, 09:12
YORUM EKLE

Endress

Enelsan

Dergiler