Cyfrowe bliźniaki w transformacji energetycznej: szanse i wyzwania dla OZE

Cyfrowe bliźniaki, czyli wirtualne modele rzeczywistych instalacji i procesów, coraz częściej pojawiają się w kontekście optymalizacji odnawialnych źródeł energii (OZE). Badacze z Uniwersytetu w Szardży (Zjednoczone Emiraty Arabskie) przeanalizowali potencjał tej technologii w akceleracji transformacji energetycznej, zwracając uwagę na jej zalety, ale także ograniczenia.

Jak cyfrowe bliźniaki wspierają OZE?

Cyfrowe bliźniaki pozwalają na precyzyjne symulowanie i zarządzanie systemami energetycznymi, co przekłada się na większą efektywność, niższe koszty oraz lepsze wykorzystanie zasobów. Zespół naukowców podkreśla, iż technologia ta znajduje zastosowanie w:

• Energii wiatrowej – przewidywanie parametrów pracy i korekta błędnych pomiarów, co poprawia niezawodność i wydajność turbin.
• Energii słonecznej – identyfikacja czynników wpływających na sprawność i moc wyjściową, umożliwiająca optymalizację projektów instalacji PV.
• Energii geotermalnej – symulacja procesów operacyjnych, zwłaszcza odwiertów, co pozwala na analizę kosztów oraz skrócenie czasu inwestycji.
• Energii wodnej – modelowanie dynamiki systemów, także w starszych elektrowniach wodnych, gdzie cyfrowe bliźniaki pomagają ograniczać skutki zmęczenia pracowników.
• Energii z biomasy – lepsze zarządzanie procesami operacyjnymi i konfiguracją instalacji dzięki głębokiej analizie cyfrowej.

Ograniczenia i wyzwania cyfrowych bliźniaków

Mimo licznych korzyści, technologia cyfrowych bliźniaków napotyka na istotne przeszkody. Badacze wskazują na szereg problemów specyficznych dla poszczególnych źródeł OZE:

• Energia wiatrowa: trudności w modelowaniu warunków środowiskowych, erozji łopat, degradacji przekładni i systemów elektrycznych, zwłaszcza w starszych turbinach.
• Energia słoneczna: ograniczona zdolność do przewidywania długoterminowej wydajności i degradacji paneli PV, co obniża dokładność prognoz.
• Energia geotermalna: brak wysokiej jakości danych, co utrudnia modelowanie niepewności geologicznych oraz długoterminowych procesów wymiany ciepła i przepływu płynów.
• Energia wodna: wyzwania w dokładnym odwzorowaniu zmienności przepływów wody oraz ograniczeń środowiskowych i ekologicznych.
• Energia z biomasy: trudności w precyzyjnym modelowaniu całego łańcucha produkcji, procesów biologicznych, konwersji biomasy oraz reakcji biochemicznych i termochemicznych.

Wnioski i rekomendacje badaczy

Autorzy raportu podkreślają, iż dalszy rozwój cyfrowych bliźniaków wymaga poprawy metod zbierania danych, zaawansowania technik modelowania oraz zwiększenia mocy obliczeniowej. Tylko wtedy technologia ta będzie mogła dostarczać wiarygodnych wyników wspierających podejmowanie decyzji i optymalizację systemów OZE.

Cyfrowe bliźniaki są niezwykle skuteczne w optymalizacji systemów energii odnawialnej. Jednak każde źródło energii stawia unikalne wyzwania – od zmienności danych i warunków środowiskowych po złożoność systemów – które mogą ograniczać ich skuteczność, mimo dużego potencjału do poprawy efektywności i zarządzania.

Znaczenie dla sektora energetycznego

Wdrożenie cyfrowych bliźniaków może znacząco przyspieszyć dekarbonizację sektora energetycznego i zwiększyć udział OZE w miksie energetycznym. Jednocześnie, pełne wykorzystanie ich potencjału wymaga pokonania barier technologicznych, organizacyjnych i regulacyjnych.

• Transformacja energetyczna bez spójnej strategii? Ekspert Deloitte ostrzega przed rosnącym ryzykiem
• Geopolityka w cieniu transformacji energetycznej: IRENA podkreśla nowe wyzwania i szanse dla świata

Źródło: ScienceDaily