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一個世紀以前，瓦爾特·能斯特(Walther Nernst)和弗里茨·哈伯(Fritz Haber)等科學家憑借在工業(yè)合成氨生產(chǎn)方面的重大突破，重塑了全球農(nóng)業(yè)格局。這一卓越成果不僅徹底改變了化學領(lǐng)域的發(fā)展走向，還在養(yǎng)活全球數(shù)十億人口方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，更為現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展奠定了全新基礎(chǔ)。
歷史總在重演。如今，氨再次成為推動產(chǎn)業(yè)重大變革的核心。它不再僅僅是一種肥料成分，更是理想的低碳燃料和氫能載體，能夠有力支撐全球脫碳目標的達成。無論是基于可再生能源制備的綠氨(Green ammonia)，還是通過碳捕集利用與封存(CCUS)技術(shù)制備的藍氨(Blue ammonia)，這一化合物有望改變除農(nóng)業(yè)以外的各行各業(yè)，比如電力、重工業(yè)等。尤其是從綠氨或藍氨中提取的氫氣，未來或?qū)椭T如鋼鐵、水泥、航運行業(yè)等減排“困難戶”實現(xiàn)綠色脫碳。
然而，實現(xiàn)可持續(xù)的氨生產(chǎn)并非易事。在現(xiàn)代化氨工廠中，工程的不確定性貫穿于平衡工廠最佳產(chǎn)能和最優(yōu)配置的全過程，極易引發(fā)效率低下問題。與此同時，若對資本支出(CapEx)和運營支出(OpEx)估算有誤，整個項目往往在最終投資決策(FID)前便已脫軌。傳統(tǒng)的工程設(shè)計流程依賴人工計算和碎片化數(shù)據(jù)，致使工程進度超期、預算超支等情況屢見不鮮。此外，若要將可再生能源進一步整合到電力工程中，還會為企業(yè)增加運營復雜性和不可預測性的風險。
為破解上述難題，企業(yè)迫切需要引入更智能、更集成化的解決方案，即打造一體化的工藝與電力系統(tǒng)。而聯(lián)合仿真工具驅(qū)動的智能化設(shè)計與工程，正是革新氨工廠設(shè)計的關(guān)鍵所在。通過將先進的工藝和電力流程仿真技術(shù)集成到動態(tài)數(shù)字孿生中，聯(lián)合仿真能夠有效降低項目風險，包括當前及后期運營風險；加快從工程、采購到施工(EPC)的整體進度；實現(xiàn)更加可持續(xù)、更具經(jīng)濟效益的生產(chǎn)；降低高達30%的電氣儀表及控制系統(tǒng)(EIC)工程成本；幫助利益相關(guān)方敏捷、準確、自信地應對各種復雜挑戰(zhàn)。
通過聯(lián)合仿真，實現(xiàn)更優(yōu)的氨工廠設(shè)計
聯(lián)合仿真的核心在于其作為動態(tài)數(shù)字孿生，能夠集成先進的工藝和電力仿真工具，為氨工廠創(chuàng)建統(tǒng)一模型。它不僅可以同步分析熱力學、質(zhì)量平衡和電力系統(tǒng)，以極致精細度實現(xiàn)整體建模，還能通過開放平臺通信統(tǒng)一架構(gòu)(OPC-UA)，集成多種來源的數(shù)據(jù)。
這種集成化的工作流程徹底打破了數(shù)據(jù)孤島，深度整合了工藝與電力仿真，使企業(yè)能夠?qū)崟r調(diào)整生產(chǎn)流程，實現(xiàn)敏捷決策。憑借聯(lián)合仿真在早期階段提供的高精度數(shù)據(jù)支撐，利益相關(guān)方能夠在項目啟動前，全面評估從工廠布局規(guī)劃到可再生能源配置的各種方案，優(yōu)化資源配置，提升整體工程效益。
借助智能化設(shè)計，實現(xiàn)企業(yè)效益最大化
聯(lián)合仿真為企業(yè)帶來的效益，不僅切實可見，更具有深遠影響。具體來看：
降低設(shè)計風險：通過在可行性研究階段實現(xiàn)工廠產(chǎn)能與配置的“最優(yōu)解”，大幅減少不確定性，使最終投資決策(FID)流程加快20%。
提高成本準確性：利用可靠工程數(shù)據(jù)生成精準的資本及運營支出估算，增強投資者信心，最大限度地降低財務風險，提高項目獲批與推進的可能性。
優(yōu)化工程經(jīng)濟效益：通過簡化工作流程，可減少30%工程成本，顯著減輕企業(yè)的成本負擔。通過量化這些經(jīng)濟效益，聯(lián)合仿真能夠確保氨工廠設(shè)計的高效與經(jīng)濟性，以更好地契合能源轉(zhuǎn)型需求。
縮短工期，優(yōu)化EPC進度：通過集成工藝與電力系統(tǒng)仿真，降低項目復雜性，便于企業(yè)更早地進行工廠設(shè)計評估，縮短工期達15%，加快項目試運行，實現(xiàn)更快的投資回報。
憑借這些優(yōu)勢，聯(lián)合仿真已然成為氨工廠項目中至關(guān)重要的工具，無論是在傳統(tǒng)的工業(yè)應用方面，還是新興的能源用途領(lǐng)域。
從實際應用中挖掘聯(lián)合仿真的價值潛力
事實上，聯(lián)合仿真的真正價值不僅限于設(shè)計階段，而是貫穿了氨工廠的全生命周期。依托這一動態(tài)數(shù)字孿生模型，企業(yè)能夠：
提高運營效率：通過測試新的設(shè)定值并模擬“假設(shè)性”場景，在確保生產(chǎn)連續(xù)性的同時，優(yōu)化性能表現(xiàn)。
強化人員培訓與技能發(fā)展：借助操作員培訓模擬器(OTS)，為團隊創(chuàng)建真實的培訓環(huán)境，使其能夠在無風險場景下練習、應對各類工廠狀況，提升決策能力。
預測設(shè)備壽命：精準把握設(shè)備的磨損狀況，并基于集成化分析工具，制定前瞻性的設(shè)備維護策略。
應對法規(guī)及技術(shù)變化：面向新法規(guī)出臺或可再生能源技術(shù)進步，能夠靈活調(diào)整工廠系統(tǒng)配置，并預估其盈利潛力，從而避免大規(guī)模硬件改造。
而最能突出聯(lián)合仿真能力的一個實例，便是施耐德電氣與國內(nèi)某企業(yè)攜手打造的綠色氫能項目。作為首例覆蓋從綠電到綠氫再到綠氨的全流程優(yōu)化項目，它涵蓋了裝機容量為1.4吉瓦的陸上風電場，具備750兆瓦的綠氫生產(chǎn)能力，并打造了世界首個可變式氨工廠。
依托智能化設(shè)計與聯(lián)合仿真制勝未來
可持續(xù)、高效且可擴展的解決方案對于能源轉(zhuǎn)型至關(guān)重要。施耐德電氣的AVEVA工藝模擬仿真平臺(AVEVA Process Simulation & Dynamic Simulation)和ETAP等數(shù)字化工具，能夠以統(tǒng)一的、基于聯(lián)合仿真驅(qū)動的方式，幫助用戶在可行性研究階段優(yōu)化氨工廠產(chǎn)能，提供精準的成本預測，并壓縮項目工期。這些工具不僅能夠化解氨工廠設(shè)計與工程階段的緊迫難題，更為構(gòu)建更智能、可持續(xù)的氨生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施奠定了堅實基礎(chǔ)。
在全球能源轉(zhuǎn)型加速的當下，以聯(lián)合仿真為代表的數(shù)字化工具，不僅能幫助企業(yè)應對各類工程挑戰(zhàn)，更能為氨工廠的長期盈利與未來發(fā)展提供有力支撐。在這方面，施耐德電氣將繼續(xù)依托聯(lián)合仿真技術(shù)優(yōu)勢，推動氨工廠設(shè)計從高風險、不確定性向可預測、高效且經(jīng)濟可行的方向轉(zhuǎn)變，攜手更多企業(yè)邁向綠色、高效、可持續(xù)的氨生產(chǎn)未來。
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