صنعت انرژی با سرعت چشمگیری در حال تکامل است؛ در عین حال همزمان با این تکامل با چالشهای متعددی نظیر نیاز به افزایش کارایی، ایمنی و بهینه کردن هزینه‌ها مواجه است. برای مدیریت صحیح این چالشها یکی از رویکردهای موفق تا به امروز، بکارگیری اتوماسیون صنعتی بوده است. این مهم شامل استفاده از فناوری‌ها و سیستمهای پیشرفته برای کنترل و نظارت بر فرآیندهای صنعتی است.
و اما در حال حاضر اتوماسیون صنعتی به یک ابزار حیاتی برای صنعت انرژی تبدیل شده که به آن کمک می‌کند تا کارآمدتر و پایدارتر شود.
در این مقاله به بررسی نقش اتوماسیون صنعتی در صنعت انرژی می‌پردازیم. و سپس وارد جزئیات بیشتر می‌شویم تا دید بسیار خوبی از این مقوله به شما ارائه دهیم.
منظور از اتوماسیون در صنعت انرژی چیست؟
یکی از مهمترین اهداف اتوماسیون سازی در صنعت، کاهش وابستگی فرآیندها و تجهیزات به نیروی انسانی است. اتوماسیون در صنعت شامل استفاده از فناوری و نرم افزار برای خودکارسازی و بهینه سازی فرآیندهای تولیدی و انرژی-محور است.
این فناوری شامل سیستمهای کنترل اولیه گرفته تا ماشین‌آلات، تجهیزات و نرم‌افزارهای پیچیده که می‌توانند وظایف پیچیده انجام دهند را در برمی‌گیرد. اتوماسیون صنعتی به کاهش هزینه‌های نیروی کار، افزایش کارایی و بهبود ایمنی در بخش انرژی کمک شایانی می‌کند.
اتوماسیون، صنعتی انرژی را با امکان کنترل و نظارت Real-Time، افزایش کارایی عملیاتی و کاهش زمان توقف (Downtime) متحول کرده است! سیستمهای خودکار می‌توانند ناهنجاری‌ها را در سیستمها تشخیص دهند، اتلاف انرژی را کمتر کرده و زمان واکنش در مواقع اضطراری را بهبود بخشد. اتوماسیون سیستمهای انرژی نیز به بهبود کیفیت و قابلیت اطمینان تولید و توزیع بهینه انرژی کمک می‌کند.
به عنوان مثال از اتوماسیون در صنایع انرژی-محور زیر با این کاربردها استفاده می‌شود:
- در صنعت نفت و گاز برای کنترل فرآیندهای حفاری و استخراج
- در نیروگاهها برای تنظیم تولید و توزیع بهینه انرژی و نظارت به شکل Real-Time
- در صنایع پالایشگاهی برای تنظیم فرآیندها و بهینه سازی کارایی
- در حوزه انرژی خورشیدی برای بهینه سازی عملکرد پنل خورشیدی و مانیتورینگ صنعتی دقیق بر تولید انرژی
چه صنایعی در حوزه انرژی نیاز به اتوماسیون دارند؟
در حال حاضر بسیاری از صنایع در حوزه انرژی از اتوماسیون صنعتی برای بهینه سازی فرآیندهای خود و افزایش بهره‌وری استفاده می‌کنند؛ برخی از آنها عبارتند از:
- صنعت نفت و گاز: از اتوماسیون برای کنترل و نظارت بر فرآیندهای حفاری و استخراج، مدیریت حمل و نقل و ذخیره‌سازی انرژی و بهینه سازی تولید استفاده می‌شود.
- صنعت پالایش: از اتوماسیون برای کنترل فرآیندهای پالایشی، نظارت بر کیفیت محصولات و کاهش مصرف انرژی استفاده می‌شود.
- صنعت تولید برق و نیروگاهها: در این صنعت نیز از اتوماسیون برای کنترل و نظارت بر نیروگاهها، بهینه سازی تولید انرژی و اطمینان از پایداری شبکه استفاده می‌شود.s
- صنعت خط لوله: اتوماسیون در این بخش نیز برای نظارت و کنترل انتقال جریان نفت و گاز از طریق خطوط لوله، شناسایی نشتی‌های احتمالی و رفع آن در سریعترین زمان ممکن و بهینه سازی تحویل محصولات استفاده می‌شود.
- صنعت انرژی های تجدید پذیر: از اتوماسیون برای کنترل و بهینه سازی فرآیندها و سیستمهای انرژیهای تجدیدپذیر مانند توربین‌های بادی، پنلهای خورشیدی و نیروگاههای برق آبی استفاده می‌شود.
انقلاب صنعتی نسل چهارم Industry 4.0 و صنایع انرژی
Industry 4.0 که به عنوان چهارمین انقلاب صنعتی نیز شناخته می‌شود، صنعت انرژی را با ادغام فناوریهای پیشرفته نظیر اتوماسیون، هوش مصنوعی و اینترنت اشیاء (IoT) متحول کرده است.
در ادامه به برخی از جنبه های آن می‌پردازیم:
افزایش بهره وری
استانداردها و تحول Industry 4.0 با بهینه سازی عملکرد سیستم های انرژی-محور، کارایی انرژی را بهبود می‌دهد. به عنوان مثال، دستکاههای اتوماسیون و اینترنت اشیا برای نظارت و کنترل مصرف انرژی استفاده می‌شوند؛ بعلاوه هوش مصنوعی برای تجزیه و تحلیل داده‌ها و بهینه سازی مصرف انرژی استفاده می‌شود که در ادامه این مقاله بیشتر به آن اشاره خواهیم کرد.
بهبود ایمنی
نسل چهارم انقلاب صنعتی به شکل قدرتمندی در حال ارتقای ایمنی در صنایع انرژی است. سیستمهای خودکار مبتنی بر Industry 4.0 می‌توانند خطرات ایمنی بالقوه مثل خراجی تجهیزات یا نشتی گاز را شناسایی کرده و قبل از وقوع حوادث به پرسنل هشدار دهند.
علاوه بر این، استفاده از سیستم های نظارت و کنترلی باعث می‌شود تا بتوان تجهیزات و فرآیندها را با حفظ فاصله ایمن، کنترل کرده و خطر صدمات احتمالی را کاهش داد.
شبکه های هوشمند
تحول Industry 4.0 برای ایجاد شبکه های هوشمند (Smart Grids) استفاده می‌شوند؛ این شبکه‌ها می‌توانند تولید و توزیع انرژی را به طور کارامدتری مدیریت کنند. این شبکه‌ها توسط دستگاهها و حسگرهای IoT تامین می‌شوند که داده‌های مصرف انرژی، عرضه و تقاضا را جمع آوری می‌کنند. این داده‌ها برای بهینه سازی فرآیندهای توزیع انرژی و افزایش بهره وری نهایی بسیار کاربردی هستند.
انرژی های تجدید پذیر
فناوری Industry 4.0 توسعه و اجرای منابع انرژی تجدید پذیر نظیر انرژی بادی و خورشیدی را هدایت می‌کند. ترکیبی از اتوماسیون و هوش مصنوعی برای بهینه سازی عملکرد سیستم های انرژی نو، بهبود کارایی و کاهش هزینه‌ها استفاده می‌شوند.
علاوه بر این، ادعام منابع انرژی تجدیدپذیر در شبکه های هوشمند به کاهش اتکا به سوختهای فسیلی سنتی و بهبود پایداری کلی صنعت انرژی کمک می‌کند.
نقش مانیتورینگ، SCADA و DCS در بخش انرژی
مانیتورینگ صنعتی، بکارگیری سیستم های اسکادا (SCADA) و سیستمهای DCS (سیستم کنترل توزیع شده) از تکنولوژیهای مهمی هستند که در صنعت انرژی برای بهینه کردن مصرف انرژی، افزایش کارایی و کاهش هزینه‌ها استفاده می‌شوند.
مانیتورینگ صنعتی و بخش انرژی
نظارت دقیق و Real-Time یا بلادرنگ بر کلیه فرآیندها و عملکرد تجهیزات و ماشین آلات، یکی از الزامات مهمی است که در بخش انرژی وجود آن ضروری است. مانیتورینگ صنعتی این وظیفه را به خوبی انجام می‌دهد.
به عنوان مثال مانیتورینگ صنعتی می‌تواند برای تشخیص نقص و خرابی در تجهیزات، نظارت بر انتشار گازهای گلخانه‌ای و شناسایی خطرات ایمنی بالقوه استفاده شوند.
سیستم های اسکادا و صنعت انرژی
سامانه نظارت، کنترل و جمع آوری داده‌ها (یا SCADA) برای کنترل و نظارت بر فرآیندهای مرتبط با انرژی از راه دور استفاده می‌شود. این سیستمها معمولاً برای مدیریت عملیات در مقیاسهای بزرگ نظیر خطوط انتقال نفت و گاز و نیروگاهها استفاده می‌شوند.
سیستمهای اسکادا برای خودکارسازی و بهینه سازی فرآیندها طراحی شده‌اند، در حالیکه داده‌های بلادرنگ و Real-Time عملکرد سیستم را نیز در اختیار مدیران قرار میدهند.
سیستم های DCS و بخش انرژی
سیستم های کنترل توزیع شده یا DCS برای کنترل و نظارت بر فرآیندها در یک مرکز یا کارخانه استفاده می‌شوند. این سیستمها معمولاً در صنایعی نظیر صنایع پالایشی، پتورشیمی و تولیدی برق کاربرد دارند.
به طور کلی سیستم های مانیتورینگ صنعتی، اسکادا و DCS تکنولوژیهای حیاتی هستند که در صنعت انرژی برای بهینه سازی مصرف انرژی، افزایش راندمان تولید و توزیع، کاهش ضایعات و بهبود ایمنی از طریق خودکارسازی و بهینه سازی فرآیندها طراحی شده‌اند.
سایر تکنولوژی های حوزه انرژی و مرتبط با اتوماسیون صنعتی
حقیقت این است که تکنولوژی جزء حیاتی اتوماسیون صنعتی در بخش انرژی محسوب می‌شود. بکارگیری تکنولوژی به بهینه‌سازی فرآیندهای تولیدی و همچنین توزیع مناسب انرژی، کم کردن هزینه‌ها و بهبود ایمنی کمک می‌کند.
مثال‌های زیادی از فناوری مورد استفاده در بخش انرژی وجود دارد که در ادامه به 3 مورد از آنها اشاره می‌کنیم:
انرژی خورشیدی: انرژی خورشیدی در حال حاضر تبدیل به یک منبع بسیار محبوب انرژی تجدیدپذیر تبدیل شده است. پنلهای خورشیدی نور و انرژی خورشید را جذب کرده و آن را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند. اما تکنولوژی استفاده شده در پنلهای خورشیدی در طی سالیان اخیر پیشرفت قابل توجهی داشته و اکنون به تکامل بالایی رسیده است. به لطف استفاده از این تکنولوژیها خروجی این پنلها کارآمدتر و مقرون به صرفه تر شده است.
مانیتورینگ آنلاین: حسگرها و سنسورهای پیشرفته در بخش انرژی برای تشخیص مشکلات و بهبود ایمنی کارایی مناسبی دارند. استفاده از این سنسورها می‌توان برای نظارت بر دما، فشار، نرخ فلو و سایر متغیرها به شکل Real-Time و یا به عبارت بهتر مانیتورینگ صنعتی آنلاین کاربرد بسیاری پیدا کرده است.
ذخیره سازی انرژی: از فناوری ذخیره سازی انرژی برای نگهداشتن انرژی اضافی و آزادسازی آن در صورت نیاز استفاده می‌شود. ذخیره انرژی به ویژه برای منابع انرژی تجدیدپذیر نظیر انرژیهای خورشیدی و بادی که تغییرات زیادی دارند، بسیار مهم است. با ذخیره این انرژی اضافی، حتی در زمانهایی که تابش خورشید یا وزش باد وجود ندارد، می‌توان یک منبع ثابت برق را ایجاد و حفظ کرد.
این 3 مورد تنها نمونه‌هایی از فناوریهای مورد استفاده در بخش انرژی هستند. از نمونه‌های دیگر می‌توان به نرم افزارهای اتوماسیون، الگوریتمهای یادگیری ماشین و هوش مصنوعی و سیستمهای کنترلی پیشرفته اشاره کرد.
هوش مصنوعی در بخش انرژی
همانطور که اشاره کردیم، هوش مصنوعی (AI) نیز یکی دیگر از فناوری‌هایی است که ارزش و اهمیت چندبرابری در صنعت انرژی پیدا کرده است. هوش مصنوعی می‌تواند به بهینه‌سازی تولید و توزیع انرژی، افزایش کارایی و کمتر شدن هزینه‌ها کمک کند.
در ادامه به چند نمونه از کاربردهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی اشاره می‌کنیم:
تعمیر و نگهداری پیشگویی کننده: نگهداری و تعمیرات در صنایع یک بخش مهم و اجتناب ناپذیر هستند. الگوریتمهای هوش مصنوعی را می‌توان برای پیش بینی زمان احتمالی بروز نقص در تجهیزات و هشدار دادن به اپراتورها در مورد مشکل قبل از وقوع آن استفاده کرد. تعمیر و نگهداری پیشگویی کننده می‌تواند به کاهش زمان خرابی و به حداقل رساندن هزینه‌های تعمیر کمک شایانی کند.
بهینه سازی انرژی: هوش مصنوعی در بهینه سازی تولید و توزیع انرژی می‌تواند نقش بسیار ارزشمندی ایفا کند. با تجزیه و تحلیل داده‌های سنسورها و سایر منابع در صنعت، الگوریتمهای هوش مصنوعی می‌توانند ناکارآمدی سیستمها را شناسایی و تحلیل کرده و روشها و اعمالی را برای بهبود بهره وری انرژی به مدیران سیستم توصیه کنند.
انرژی های نو (تجدید پذیر): هوش مصنوعی در این حوزه نیز در ادغام منابع انرژی تجدید پذیر در شبکه بسیار کمک کننده است. با تجزیه و تحلیل داده‌های الگوهای آب و هوایی، تولید و تقاضای انرژی، الگوریتمهای هوش مصنوعی می‌توانند به پیش بینی زمانی و مکانی استفاده و استخراج انرژی نو کمک کنند.
به شکل کلی باید بدانید که هوش مصنوعی پتانسیل بسیار بالایی برای بهبود صنعت انرژی دارد. با استفاده از الگوریتمهای هوش مصنوعی در صنعت انرژی، می‌توانیم تولید و توزیع انرژی را بهینه کرده، هزینه‌ها را کاهش داده و اثرات زیست محیطی را به حداقل برسانیم.
