Τρεις εταιρείες εφαρμόζουν ψηφιακή διπλή τεχνολογία για προσομοίωση σεναρίων σχεδίασης και δοκιμών
Η δέσμευση και αποθήκευση άνθρακα(CCS) πλησιάζει στην ευρεία ανάπτυξη, καθώς οι προγραμματιστές οριστικοποιούν μακροπρόθεσμες ρυθμίσεις απορρόφησης CO2 με πολλούς βιομηχανικούς ομίλους. Σύμφωνα με το offshore ο πρωτοποριακό έργο Northern Lights της Νορβηγίας, που πρόκειται να ξεκινήσει την έγχυση στη Βόρεια Θάλασσα το επόμενο έτος, θα είναι το πρώτο στον κόσμο που θα συλλέγει και θα μεταφέρει CO2 που εκπέμπεται από διάφορες βιομηχανίες για μόνιμη αποθήκευση σε μια υποθαλάσσια δεξαμενή. Παρόμοιες εξελίξεις θα ακολουθήσουν στην ευρύτερη περιοχή της Βόρειας Θάλασσας αργότερα αυτή τη δεκαετία, με περαιτέρω χερσαία/υπεράκτια προγράμματα υπό εξέταση στη Δυτική Αυστραλία, τη Νοτιοανατολική Ασία και τις νότιες ΗΠΑ.
Όμως, ενώ οι εμπορικές ρυθμίσεις έχουν τεθεί σε εφαρμογή, η διαδικασία της ασφαλούς διαχείρισης μεγάλων ποσοτήτων CO2 με διαφορετικές συνθέσεις ανά πάσα στιγμή μέσω ενός ειδικά κατασκευασμένου δικτύου μεταφοράς, υπόγειας έγχυσης είναι ένα άλμα προς το άγνωστο.
Μια νέα συνεργασία με επικεφαλής την ABB επιδιώκει να αντιμετωπίσει αυτές τις ανησυχίες, βοηθώντας ταυτόχρονα τους επίδοξους προγραμματιστές CCS να μειώσουν το κεφάλαιο και το λειτουργικό κόστος των έργων τους.
Ψηφιακή τεχνολογία
Συλλογικά, η ABB, η Pace CCS και η Computer Modeling Group (CMG) θα εφαρμόσουν την ψηφιακή δίδυμη τεχνολογία για την προσομοίωση, το σχεδιασμό και τη δοκιμή σεναρίων για μια προγραμματισμένη εγκατάσταση ή διαδικασία CCS .
Η ABB απέκτησε αρχικά τα δικαιώματα της ψηφιακής δίδυμης τεχνολογίας της Pace με έδρα το Λονδίνο τον Δεκέμβριο του 2022, με τις δύο εταιρείες να δεσμεύονται αργότερα σε μια αποκλειστική συμφωνία συνεργασίας διάρκειας 10 ετών.
Η Pace είναι συμβουλευτική εταιρεία διασφάλισης ροής με ευρεία εμπειρία στη μοντελοποίηση CO2, παρέχοντας εννοιολογικές μελέτες για διάφορα μικρά και μεγάλα έργα δέσμευσης άνθρακα
Σύμφωνα με τον Nigel Greatorex, Global Industry Manager της CCS της ABB, «Η Pace είναι παγκόσμια ειδικός στο θέμα του σχεδιασμού δικτύων CCS, από την πηγή CO2 όπου συλλαμβάνεται μέχρι το σημείο απομόνωσης. Αυτό περιλαμβάνει κοινή υποδομή, αγωγό, ενίσχυση του μεσαίου ρεύματος, θέρμανση και ψύξη μέχρι τον πυθμένα της θάλασσας. Η Pace είχε επίσης αρχίσει να αναπτύσσει ένα ψηφιακό δίδυμο σχεδιασμένο για να υποστηρίζει την απόδειξη της ιδέας για ένα επιφανειακό δίκτυο CCS, το οποίο έχει αποκτήσει η ABB έκτοτε. Αυτό δίνει στον πελάτη πρόσβαση σε ένα ψηφιακό αντίγραφο αυτού του δικτύου, επιβεβαιώνοντας ότι ο σχεδιασμός ταιριάζει με τη λειτουργία, ενώ παράλληλα εξοπλίζει τον χειριστή με διαφορετικά σενάρια λειτουργίας.”
Τον Σεπτέμβριο, η CMG με έδρα το Κάλγκαρι υπέγραψε συμβόλαιο με την ABB για να συνεισφέρει στην τεχνολογία προσομοίωσης της για την παρακολούθηση του CO2 στον υπόγειο σχηματισμό, είτε πρόκειται για εξαντλημένη δεξαμενή αερίου είτε για αλατούχο υδροφόρο ορίζοντα. 
Η CMG είναι μια εταιρεία λογισμικού και συμβούλων που ειδικεύεται στη μοντελοποίηση δεξαμενών και στην προσομοίωση παραγωγής, συνεργαζόμενη με εταιρείες ενέργειας παγκοσμίως. Η εταιρεία άρχισε να αντιμετωπίζει τις αναδυόμενες ανάγκες του τομέα δέσμευσης άνθρακα πριν από περισσότερα από 20 χρόνια. Σύμφωνα με τον David Hicks, αντιπρόεδρο του Eastern Hemisphere, «πολλές εταιρείες αναπτύσσουν τον προσομοιωτή δεξαμενής GEM της CMG για τη μοντελοποίηση της δεξαμενής δέσμευσης άνθρακα και οι περισσότεροι από τους τρέχοντες προγραμματιστές CCS στο Ηνωμένο Βασίλειο και τη Νοτιοανατολική Ασία χρησιμοποιούν το λογισμικό της εταιρείας για τις υπόγειες μελέτες τους».
Το ψηφιακό δίδυμο της Pace και το λογισμικό της CMG έχει ήδη αναπτυχθεί (ξεχωριστά) σε έργα CCS. «Μέχρι σήμερα μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις για την υιοθέτηση του CCS ήταν η έλλειψη λειτουργικής πρακτικής σε ολόκληρη την αλυσίδα αξίας», δήλωσε ο Διευθύνων Σύμβουλος της Pace, Matt Healey. «Υπάρχει ακόμη μια απροθυμία να γίνει η επένδυση χωρίς σαφή γνώση του πώς θα λειτουργήσουν τα πράγματα επί τόπου, σε κάθε στάδιο της διαδικασίας».
Λειτουργικότητα δικτύων
Ο στόχος αυτών των δύο συνεργασιών, εξήγησε ο Greatorex, είναι να παρέχουν στους προγραμματιστές CCS ψηφιακές λύσεις που τους δίνουν την εμπιστοσύνη που χρειάζονται σχετικά με τη λειτουργικότητα των δικτύων τους. «Η ABB επιδιώκει να χρησιμοποιήσει τα δύο μοντέλα για να δημιουργήσει ένα σύνολο ψηφιακών εργαλείων που μπορεί να καθοδηγήσει τους χειριστές σε διαφορετικές συνθήκες. Και οι δύο θα αναπτυχθούν στη φάση του σχεδιασμού. Το μοντέλο της CMG δείχνει πόσο CO2 μπορεί να αποθηκευτεί στο υπέδαφος και το μοντέλο επιφάνειας – που ανήκει στην ABB – επιτρέπει στον χειριστή να αναπτύξει μια φιλοσοφία λειτουργίας και παραμέτρους γύρω από μια τεράστια ποικιλία καταστάσεων».
Μόλις ένας χειριστής CCS έχει καλή λειτουργικότητα του δικτύου, μπορεί στη συνέχεια να αναζητήσει τη βελτιστοποίηση της ποσότητας ισχύος που απαιτείται για συμπίεση, ψύξη και θέρμανση. «Αυτό είναι σημαντικό γιατί η πρόσβαση στην ενέργεια δεν είναι πάντα εύκολη σε ένα δίκτυο CCS. Μπορεί να μην υπάρχει πηγή ενέργειας στο σημείο της έγχυσης ή στο μέσο ενός αγωγού ή ακόμη και υπερβολική ισχύς στην πηγή δέσμευσης. Με την ανάπτυξη ενός ψηφιακού διπλού, οι χειριστές μπορούν να είναι σίγουροι ότι η εγκατάσταση δεν υπερσυμπιέζεται ή υπερθερμαίνεται, με αποτέλεσμα σημαντική εξοικονόμηση κόστους.»
Διαχείριση αποθήκευσης
Για τους επίδοξους φορείς εκμετάλλευσης CCS, η πρώτη άσκηση κατά την έναρξη μιας ανάπτυξης θα πρέπει να είναι ο εντοπισμός της διαθέσιμης υποεπιφανειακής χωρητικότητας, πρότεινε η Greatorex. «Αν δεν ξέρετε πόσο CO2 μπορείτε να αποθηκεύσετε, πώς μπορείτε να ξεκινήσετε διαπραγματεύσεις με τους χρήστες; Εξ ου και η ανάγκη για ένα υπόγειο μοντέλο προσομοίωσης από την αρχή».
Η ενεσιμότητα είναι η άλλη πρωταρχική προτεραιότητα. «Οι φορείς εκμετάλλευσης θα πρέπει να αναρωτηθούν. Μπορώ να βάλω το CO2 στη δεξαμενή για να ξεκινήσω; Ακόμη και με τεράστια χωρητικότητα αποθήκευσης, ένα έργο δεν θα λειτουργήσει χωρίς έγχυση, κάτι που αποτελεί σημαντικό κίνδυνο. Κατά τη διάρκεια μιας ανάπτυξης CCS μπορεί να προκύψει η ανάγκη για διάνοιξη πρόσθετων φρεατίων για αύξηση της ικανότητας έγχυσης και αποθήκευσης.
«Για να βοηθήσει τον χειριστή να καθορίσει πόσα πηγάδια, θα τρυπήσει και πώς θα λειτουργήσουν, η υποεπιφανειακή λύση για τον αλατούχο υδροφόρο ορίζοντα ή την εξαντλημένη δεξαμενή πρέπει να λάβει υπόψη τη γεωμηχανική, τη γεωχημεία, την πιθανή αλάτιση από την κοντινή γεώτρηση που προκαλείται από in situ άλμη και αλλαγή φάσης που προκαλείται από την πίεση της δεξαμενής. Όταν ξεκινήσει η έγχυση CO2, η πίεση εκκίνησης μπορεί να είναι 400 psi [27,57 bar] και το CO2 θα είναι αέριο. Αργότερα, καθώς οι πιέσεις έγχυσης αυξάνονται πάνω από περίπου 1.000 psi [68,95 bar], το CO2 αλλάζει σε υγρή μορφή. Ο προσομοιωτής GEM αξιολογεί μοναδικά το CO2 κάθε φορά που υπάρχει αλλαγή πίεσης και θερμοκρασίας.»
«Με όλους τους εγγενείς κινδύνους που ενέχονται στα έργα CCS», πρόσθεσε η Greatorex, «οι προγραμματιστές δεν έχουν την πολυτέλεια να έχουν κενά γνώσης. Από το σημείο εισόδου του εκπομπού έως την υποεπιφανειακή αποθήκευση δεν πρέπει να υπάρχουν εκπλήξεις. Εάν κάποιος μπορεί να παρέχει ένα ολοκληρωμένο πακέτο συμβουλευτικών λύσεων λογισμικού και λύσεων προσομοίωσης, αυτό του δίνει μεγαλύτερη εμπιστοσύνη στη συνολική ακεραιότητα του δικτύου CCS του.
«Για τους χειριστές, το πιο σημαντικό στοιχείο είναι η λειτουργικότητα και η διαθεσιμότητα – το δίκτυο μπορεί να λειτουργήσει μόνο όταν υπάρχει σταθερότητα στο σύστημα. Αναπτύσσοντας αυτήν την κατανεμημένη λύση χρησιμοποιώντας ψηφιακά δίδυμα, τα οποία επιτρέπουν μεταβλητές, μπορούμε να βελτιστοποιήσουμε το μοντέλο για να διασφαλίσουμε τη βελτιστοποίηση και τη διαθεσιμότητα. Εάν ο χειριστής επιδιώκει τη μείωση της ενέργειας, αυτό θα μπορούσε να περιλαμβάνει μελέτη ενός μεγάλου συμπιεστή, ψύξη του συμπιεστή ή πότε πρέπει να ενεργοποιείται και να απενεργοποιείται ο θερμαντήρας: όλα είναι υψηλοί καταναλωτές ενέργειας. Το μοντέλο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ώθηση του φακέλου λειτουργίας, ενώ ταυτόχρονα προσδιορίζει τη φάση στην οποία πρέπει να βρίσκεται το CO2, για να μειώσει το κόστος ενέργειας».
