По мнению исследователей, эти цифровые копии физического мира обладают потенциалом для преобразования производства, управления и оптимизации энергии на различных платформах экологически чистой энергетики, ускоряя переход от ископаемого топлива, которое ученые-экологи связывают с глобальным потеплением.

Способность цифровых двойников воспроизводить сложные системы и взаимодействовать с ними сделала их краеугольным камнем инноваций во всех отраслях промышленности, способствуя повышению эффективности, снижению затрат и разработке новых решений.

Однако ученые предупреждают, что современные модели цифровых двойников по-прежнему сталкиваются с заметными ограничениями, которые ограничивают их полный потенциал в использовании энергии из таких источников, как ветер, солнце, геотермальная энергия, гидроэлектростанция и биомасса.

"Цифровые близнецы очень эффективны в оптимизации систем возобновляемой энергетики", - пишут исследователи в журнале Energy Nexus. "Тем не менее, каждый источник энергии сталкивается с уникальными проблемами - начиная от изменчивости данных и условий окружающей среды и заканчивая сложностью системы, - которые могут ограничить производительность технологий digital twin, несмотря на их значительные перспективы в улучшении производства энергии и управления ею".

В своем исследовании авторы провели обширный обзор существующей литературы по применению цифровых двойников в системах возобновляемой энергетики. Они изучили различные контексты, функции, жизненные циклы и архитектурные структуры, чтобы понять, как в настоящее время используются цифровые двойники и где остаются пробелы.

Чтобы извлечь значимую информацию, исследователи использовали передовые методы интеллектуального анализа текста, используя искусственный интеллект, машинное обучение и обработку естественного языка. Этот научно обоснованный подход позволил им проанализировать большие объемы необработанных данных и выявить структурированные закономерности, концепции и возникающие тенденции.

Из этого углубленного анализа авторы сделали несколько ключевых выводов. Они выявили пробелы в исследованиях, предложили новые направления и обозначили проблемы, которые необходимо решить, чтобы в полной мере использовать потенциал технологии digital twin в секторе возобновляемых источников энергии.

После подробного обсуждения интеграции цифровых двойников в различные области применения возобновляемых источников энергии авторы обобщили свои наиболее важные выводы по пяти основным источникам энергии: ветру, солнечной энергии, геотермальной энергии, гидроэлектростанции и биомассе. Каждый источник представляет уникальные возможности и проблемы, и исследование предлагает всесторонний обзор того, как цифровые двойники могут быть адаптированы для оптимизации производительности в каждой области.

Исследование показывает, что цифровые близнецы обладают значительными преимуществами в различных системах возобновляемой энергетики:

Энергия ветра: Цифровые двойники могут предсказывать неизвестные параметры и исправлять неточные измерения, повышая надежность и производительность системы.

Солнечная энергия: Они помогают определить ключевые факторы, влияющие на эффективность и выходную мощность, что позволяет улучшить проектирование и оптимизацию системы.

Геотермальная энергия: Цифровые двойники могут имитировать весь производственный процесс, в частности бурение, что облегчает анализ затрат и сокращает как время, так и затраты на производство.

Гидроэлектроэнергия: Модели, управляемые искусственным интеллектом, моделируют динамику системы для выявления влияющих факторов. На старых гидроэлектростанциях они используются для снижения влияния усталости работников на производительность.

Энергия на биомассе: Цифровые двойники повышают производительность и управление, предлагая глубокое понимание операционных процессов и конфигураций установок.

Но вклад авторов в эту область выделяется тем, что они подчеркивают критические ограничения в применении технологии цифрового двойника к этим источникам энергии. Их анализ подчеркивает необходимость в более надежных моделях, которые могли бы решать конкретные задачи, уникальные для каждой системы возобновляемой энергетики.

Авторы выявляют несколько ограничений в применении цифровых двойников в различных системах возобновляемой энергетики:

Энергия ветра: Цифровые близнецы сталкиваются с трудностями при точном моделировании и мониторинге условий окружающей среды. Они изо всех сил пытаются смоделировать такие критические факторы, как эрозия лопаток, износ коробки передач и производительность электрической системы - особенно в стареющих турбинах.

Солнечная энергия: Несмотря на свой потенциал, цифровые близнецы по-прежнему не способны надежно прогнозировать долгосрочную производительность. Им трудно отслеживать деградацию панелей и учитывать влияние окружающей среды с течением времени, что влияет на их точность и полезность.

Геотермальная энергия: Основным препятствием является отсутствие высококачественных данных, что затрудняет способность цифровых двойников моделировать геологические неопределенности и условия недр. Технология также сталкивается со сложностями при моделировании долгосрочного поведения геотермальных систем, включая теплопередачу и динамику потока жидкости.

Гидроэнергетика: Применительно к гидроэлектростанционным проектам цифровые двойники сталкиваются с проблемами точного моделирования изменчивости водного потока и учета экологических ограничений. Эти ограничения снижают их эффективность в оптимизации производительности и устойчивости системы.

энергия биомассы: При использовании с энергетическими системами на биомассе цифровым двойникам все еще трудно имитировать всю производственную цепочку поставок. Им не хватает точных моделей биологических процессов, преобразования биомассы и связанных с ними сложных биохимических и термохимических реакций.

Авторы подчеркивают более широкие последствия этих недостатков для сектора возобновляемой энергетики. Для решения этих задач они предлагают набор руководящих принципов и план исследований, направленных на то, чтобы помочь ученым повысить надежность и точность технологий digital twin.

Их рекомендации направлены на совершенствование методов сбора данных, усовершенствование методов моделирования и расширение вычислительных возможностей, чтобы гарантировать, что цифровые двойники смогут предоставлять достоверную информацию для принятия решений и оптимизации системы.