مدل سازی کامپیوتری برای مشارکت انرژی بهینه

Newswise – کامپیوترهای مدرن را به عنوان رهبر یک ارکستر در نظر بگیرید. همانطور که یک هادی هارمونی را به یک تنظیم موسیقی پیچیده می‌آورد، رایانه‌های مدرن برای هماهنگ کردن ترکیب پیچیده تولیدکنندگان و مصرف‌کنندگان انرژی و بهینه‌سازی استفاده از منابع گرانبها برای منافع بیشتر، حیاتی هستند.

یک استراتژی برای دستیابی به این هماهنگی، صنعت انرژی هسته‌ای را با سایر تاسیسات و صنایع ترکیب می‌کند تا سیستم‌های انرژی یکپارچه (IES) را تشکیل دهند. چنین ادغامی می تواند اتلاف انرژی را با ایجاد ارتباط بین تولیدکنندگان و مصرف کنندگان انرژی کاهش دهد.

این فرصت‌های مشارکت نیازمند تجزیه و تحلیل عمیق است که اغلب ماه‌ها، اگر نه سال‌ها، طول می‌کشد. آزمایشگاه ملی آیداهو منبعی را برای شرکا و ذینفعان بالقوه IES ایجاد کرده است: چارچوب برای بهینه‌سازی منابع و اقتصاد یا FORCE. این نرم افزار تجزیه و تحلیل عمیق راه حل های IES را برای اطلاع رسانی به همکاری های آینده ارائه می دهد.

با توجه به افزایش تمرکز اخیر بر روی اهداف خالص صفر و افزایش استفاده از انرژی بادی و خورشیدی، اکنون زمان آن رسیده است که از تخمین ها دور شویم و به نفع تجزیه و تحلیل عمیق از مزایای فنی و اقتصادی که IES می تواند برای موجود به ارمغان بیاورد، است. پل تالبوت، محقق INL، گفت: و نیروگاه های هسته ای آینده.

فعال کردن یکپارچگی آگاهانه

ادغام انرژی هسته‌ای در سیستم‌های انرژی گسترده‌تر، از جمله انرژی‌های تجدیدپذیر و صنایع گرما فشرده، می‌تواند انعطاف‌پذیری را بهبود بخشد و جریان‌های درآمدی را برای تولیدکنندگان انرژی هسته‌ای باز کند. در دراز مدت، این سیستم ها می توانند به تضمین استقلال انرژی، انعطاف پذیری شبکه، رقابت اقتصادی، ایجاد شغل و استفاده هوشمندانه از منابع کمک کنند.

به عنوان مثال، گرمای تولید شده توسط راکتورهای هسته‌ای می‌تواند برای تولید برق استفاده شود، اما این گرما می‌تواند به فرآیندهای صنعتی با دمای بالا مانند آن‌هایی که هیدروژن، مواد شیمیایی، آمونیاک یا سوخت‌های دیزل مصنوعی و جت تولید می‌کنند، سوخت دهد. مهندسان در INL و جاهای دیگر در حال کشف چگونگی انتقال گرما و برق از راکتورهای هسته ای به این کاربران صنعتی هستند.

نرم افزار FORCE می تواند با تعیین امکان سنجی فنی و ارزش اقتصادی یک مشارکت بازار معین، به شناسایی پیکربندی های سودآور IES کمک کند. از آنجا، مدلی برای ارائه فرصت‌های ارزش بلندمدت آگاهانه از ریسک برای بهینه‌سازی عملکرد سیستم ایجاد می‌کند. به طور خلاصه، FORCE به کاهش مانع ورود برای این نوع تحلیل پیچیده کمک می کند.

با توجه به پول

FORCE می تواند سیستم های یکپارچه را در مراحل برنامه ریزی، در زمان واقعی و در آینده با استفاده از یک سری مدل های کامپیوتری ارزیابی کند. این روش‌های تحلیل شامل بهینه‌سازی اقتصادی بلندمدت، بهینه‌سازی بلادرنگ و مدل‌سازی گذرا برای نشان دادن چگونگی تغییر سیستم‌ها در طول زمان است.

بهینه سازی اقتصادی بلند مدت از طریق مدلی به نام شبکه بهینه سازی منابع انرژی کل نگر یا HERON امکان پذیر است. در حالی که FORCE چگونگی تأثیر عواملی مانند آب و هوا، قیمت کالا و تقاضای محصول را بر پیکربندی های مختلف سیستم های انرژی یکپارچه مدل می کند، HERON به جنبه پولی این عوامل نگاه می کند. او سیستم های یکپارچه را تجزیه و تحلیل می کند تا تعیین کند چگونه جزئیات و اجزای خاص باید برای یک نتیجه مالی ایده آل ترتیب داده شوند. این اطلاعات می‌تواند به صاحبان نیروگاه‌های هسته‌ای و فرآیندهای شیمیایی در تصمیم‌گیری برای ادامه ادغام هسته‌ای کمک کند.

به عنوان مثال، بسیاری از طراحان پیشرفته راکتور منافع مالی ذخیره انرژی حرارتی راکتور را در نظر می گیرند. اگر شبکه به تمام برق یک نیروگاه هسته ای نیاز نداشته باشد، نیروگاه می تواند گرمای تولید شده را به جای استفاده از آن برای تولید برق ذخیره کند. این ویژگی اهمیت ویژه ای دارد زیرا منابع انرژی تجدیدپذیر بیشتری مانند انرژی باد و خورشیدی به شبکه های برق اضافه می شوند و در نتیجه نیاز به انعطاف پذیری برای افزایش یا کاهش تولید برق وجود دارد.

چنین سناریوهایی سودآوری بالقوه انواع مختلف سیستم های ذخیره انرژی حرارتی را نشان می دهد. اما تجزیه و تحلیل این سیستم‌ها زمانی پیچیده‌تر می‌شود که از گرمای راکتور برای مقاصد دیگری مانند نمک‌زدایی آب یا تولید کالاهایی مانند هیدروژن استفاده شود. عوامل متغیر در این نوع مشارکت، برآورد سودآوری شرکت های درگیر را دشوار می کند. HERON این نوع تجزیه و تحلیل سیستم های نامشخص، بلند مدت، چند کالایی و وابسته به زمان را امکان پذیر می کند و به شرکت کنندگان آرامش خاطر می دهد.

تا هر لحظه با ارزش باشد

دومین مسیر تحلیل، بهینه سازی بلادرنگ است که از تصمیم گیری دقیقه به دقیقه در سیستم قدرت پشتیبانی می کند. جنبه های فنی هر عنصر را در نظر می گیرد و سیستم کنترل را برای دستیابی به اهدافی مانند به حداکثر رساندن پاسخگویی یا سودآوری تنظیم می کند. از آنجایی که کار سنتی انرژی هسته‌ای فاقد این نوع انعطاف‌پذیری است، دوقلوهای دیجیتال و مدل‌های هوش مصنوعی می‌توانند بیشتر به طراحی کنترل ایده‌آل و عملکرد IES کمک کنند.

برای این منظور، ابزار بهینه‌سازی تخصیص ظرفیت در زمان واقعی یا ORCA در FORCE توسعه می‌یابد تا ارتباطات کنترل بلادرنگ و بهینه‌سازی را با استفاده از دوقلوهای دیجیتال ساده‌سازی کند. هدف ORCA رسیدگی به چالش‌های مربوط به توزیع انرژی کارآمد، اشتراک‌گذاری اطلاعات بین دارایی‌های فیزیکی و مجازی و مدیریت داده‌ها برای سیستم‌های پیچیده است.

فرض کنید یک نیروگاه هسته ای از بخار خروجی خود برای تولید هیدروژن استفاده می کند. این گزینه را دارد که این بخار را به طور کامل به تولید برق اختصاص دهد یا فقط بخشی از این بخار را به تولید هیدروژن اختصاص دهد. اگرچه می‌توان یک روز آینده تصمیم‌های پیش‌بینی‌کننده گرفت، اما توانایی کنترل این خروجی بخار در زمان واقعی، گزینه‌های موجود برای نیروگاه‌های هسته‌ای و اپراتورهای سیستم یکپارچه را افزایش می‌دهد.

مونتاژ کردن پازل

سومین راه تحلیل، مدل‌سازی گذرا را تسهیل می‌کند: تحلیل زمان. HYBRID یک مخزن مدل است که تمام عناصر هر جزء را در سیستم انرژی یکپارچه به هم متصل می کند تا نشان دهد که چگونه آنها در حالت ثابت یا لحظه به لحظه با هم کار می کنند. این نوع خرابی تصویر واضح‌تری نسبت به تحلیل بلندمدت فنی-اقتصادی در HERON ارائه می‌کند و به محققان و شرکای آینده اجازه می‌دهد تا امکان‌سنجی فنی یک سیستم انرژی یکپارچه را بررسی کنند.

پس از اینکه HERON پورتفولیوی IES را بهینه کرد، نمونه گزارش های سیستم به دست آمده را می توان در HYBRID بارگذاری کرد تا با جزئیات بیشتر نحوه واکنش سیستم به تغییرات عملکرد را مشاهده کنید. به عنوان مثال، اگر یک نیروگاه هسته ای/سیستم هیدروژنی به طور مکرر بین تولید برق و هیدروژن سوئیچ کند، آن سیستم را می توان در HYBRID بارگذاری کرد تا کیفیت و فشار بخار، فشار هیدروژن، دما و سایر عوامل را در حین کار بررسی کند.

بزرگتر و بهتر شدن

برخی از این ابزارهای FORCE در حال حاضر از پروژه های تحقیق و توسعه مشترک بین INL و شرکای صنعتی پشتیبانی می کنند. علاوه بر این، تجاری سازی ابزارها نیز در دست توسعه است تحقیقات نوآوری کسب و کارهای کوچک همکاری ها هر استفاده جدید مجموعه ای منحصر به فرد از سناریوها و چالش ها را به همراه دارد که نرم افزار FORCE را بهبود می بخشد. این فعالیت‌های اعتبارسنجی و راستی‌آزمایی، سیستم را اصلاح می‌کنند و عملکرد دقیق را تضمین می‌کنند.

HERON در گامی در جهت سهولت استفاده و دسترسی به این ابزارها، با آن ادغام می شود محل کار مدل سازی و شبیه سازی هسته ای پیشرفته، که یک رابط کاربری یکپارچه برای فعالیت های مدل سازی کد یکپارچه فراهم می کند. این ادغام به HERON اجازه می دهد تا مستقیماً با رابط HPC OnDemand INL مستقر شود، که به کاربران اجازه می دهد تا با حداقل نصب مورد نیاز به منابع محصور HPC از مرورگرهای وب خود دسترسی داشته باشند. این بدان معناست که شرکت‌های برق، طراحان راکتورهای پیشرفته و محققان دانشگاهی و آزمایشگاهی می‌توانند زمان بیشتری را برای یافتن فرصت‌های جدید برای انرژی هسته‌ای به عنوان بخشی از سیستم‌های یکپارچه و زمان کمتری برای ساخت مدل‌های پیچیده برای سناریوهای خاص صرف کنند.

شانون براگ سیتون، مدیر انرژی یکپارچه و سیستم‌های ذخیره‌سازی، گفت: «طراحی‌های سیستم انرژی جدید و گزینه‌های استقرار که ترکیبی از منابع متعدد انرژی پاک است، ضروری خواهد بود، زیرا جوامع در سراسر جهان به دنبال انتقال انرژی برای ایجاد آینده‌ای کربن‌زدایی هستند.» مجموعه ابزارهای FORCE فرصتی منحصر به فرد برای ارزیابی و بهینه سازی عملکرد فنی و اقتصادی این سیستم های انرژی متنوع فراهم می کند. این تضمین می‌کند که ما از بهترین استراتژی‌های انرژی پاک موجود برای برآوردن نیازهای رو به رشد انرژی تحت طیف وسیعی از شرایط پایدار و پویا استفاده می‌کنیم.»