一个世纪以前，瓦尔特·能斯特（Walther Nernst）和弗里茨·哈伯（Fritz Haber）等科学家凭借在工业合成氨生产方面的重大突破，重塑了全球农业格局。这一卓越成果不仅彻底改变了化学领域的发展走向，还在养活全球数十亿人口方面发挥了关键作用，更为现代工业的发展奠定了全新基础。
历史总在重演。如今，氨再次成为推动产业重大变革的核心。它不再仅仅是一种肥料成分，更是理想的低碳燃料和氢能载体，能够有力支撑全球脱碳目标的达成。无论是基于可再生能源制备的绿氨（Green ammonia），还是通过碳捕集利用与封存（CCUS）技术制备的蓝氨（Blue ammonia），这一化合物有望改变除农业以外的各行各业，比如电力、重工业等。尤其是从绿氨或蓝氨中提取的氢气，未来或将帮助诸如钢铁、水泥、航运行业等减排“困难户”实现绿色脱碳。
然而，实现可持续的氨生产并非易事。在现代化氨工厂中，工程的不确定性贯穿于平衡工厂最佳产能和最优配置的全过程，极易引发效率低下问题。与此同时，若对资本支出（CapEx）和运营支出（OpEx）估算有误，整个项目往往在最终投资决策（FID）前便已脱轨。传统的工程设计流程依赖人工计算和碎片化数据，致使工程进度超期、预算超支等情况屡见不鲜。此外，若要将可再生能源进一步整合到电力工程中，还会为企业增加运营复杂性和不可预测性的风险。
为破解上述难题，企业迫切需要引入更智能、更集成化的解决方案，即打造一体化的工艺与电力系统。而联合仿真工具驱动的智能化设计与工程，正是革新氨工厂设计的关键所在。通过将先进的工艺和电力流程仿真技术集成到动态数字孪生中，联合仿真能够有效降低项目风险，包括当前及后期运营风险；加快从工程、采购到施工（EPC）的整体进度；实现更加可持续、更具经济效益的生产；降低高达30%的电气仪表及控制系统（EIC）工程成本；帮助利益相关方敏捷、准确、自信地应对各种复杂挑战。
通过联合仿真，实现更优的氨工厂设计
联合仿真的核心在于其作为动态数字孪生，能够集成先进的工艺和电力仿真工具，为氨工厂创建统一模型。它不仅可以同步分析热力学、质量平衡和电力系统，以极致精细度实现整体建模，还能通过开放平台通信统一架构（OPC-UA），集成多种来源的数据。
这种集成化的工作流程彻底打破了数据孤岛，深度整合了工艺与电力仿真，使企业能够实时调整生产流程，实现敏捷决策。凭借联合仿真在早期阶段提供的高精度数据支撑，利益相关方能够在项目启动前，全面评估从工厂布局规划到可再生能源配置的各种方案，优化资源配置，提升整体工程效益。
借助智能化设计，实现企业效益最大化
联合仿真为企业带来的效益，不仅切实可见，更具有深远影响。具体来看：
• 降低设计风险：通过在可行性研究阶段实现工厂产能与配置的“最优解”，大幅减少不确定性，使最终投资决策（FID）流程加快20%。
• 提高成本准确性：利用可靠工程数据生成精准的资本及运营支出估算，增强投资者信心，最大限度地降低财务风险，提高项目获批与推进的可能性。
• 优化工程经济效益：通过简化工作流程，可减少30%工程成本，显著减轻企业的成本负担。通过量化这些经济效益，联合仿真能够确保氨工厂设计的高效与经济性，以更好地契合能源转型需求。
• 缩短工期，优化EPC进度：通过集成工艺与电力系统仿真，降低项目复杂性，便于企业更早地进行工厂设计评估，缩短工期达15%，加快项目试运行，实现更快的投资回报。
凭借这些优势，联合仿真已然成为氨工厂项目中至关重要的工具，无论是在传统的工业应用方面，还是新兴的能源用途领域。
从实际应用中挖掘联合仿真的价值潜力
事实上，联合仿真的真正价值不仅限于设计阶段，而是贯穿了氨工厂的全生命周期。依托这一动态数字孪生模型，企业能够：
• 提高运营效率：通过测试新的设定值并模拟“假设性”场景，在确保生产连续性的同时，优化性能表现。
• 强化人员培训与技能发展：借助操作员培训模拟器（OTS），为团队创建真实的培训环境，使其能够在无风险场景下练习、应对各类工厂状况，提升决策能力。
• 预测设备寿命：精准把握设备的磨损状况，并基于集成化分析工具，制定前瞻性的设备维护策略。
• 应对法规及技术变化：面向新法规出台或可再生能源技术进步，能够灵活调整工厂系统配置，并预估其盈利潜力，从而避免大规模硬件改造。
而最能突出联合仿真能力的一个实例，便是施耐德电气与国内某企业携手打造的绿色氢能项目。作为首例覆盖从绿电到绿氢再到绿氨的全流程优化项目，它涵盖了装机容量为1.4吉瓦的陆上风电场，具备750兆瓦的绿氢生产能力，并打造了世界首个可变式氨工厂。
依托智能化设计与联合仿真制胜未来
可持续、高效且可扩展的解决方案对于能源转型至关重要。施耐德电气的AVEVA工艺模拟仿真平台（AVEVA Process Simulation & Dynamic Simulation）和ETAP等数字化工具，能够以统一的、基于联合仿真驱动的方式，帮助用户在可行性研究阶段优化氨工厂产能，提供精准的成本预测，并压缩项目工期。这些工具不仅能够化解氨工厂设计与工程阶段的紧迫难题，更为构建更智能、可持续的氨生产基础设施奠定了坚实基础。
在全球能源转型加速的当下，以联合仿真为代表的数字化工具，不仅能帮助企业应对各类工程挑战，更能为氨工厂的长期盈利与未来发展提供有力支撑。在这方面，施耐德电气将继续依托联合仿真技术优势，推动氨工厂设计从高风险、不确定性向可预测、高效且经济可行的方向转变，携手更多企业迈向绿色、高效、可持续的氨生产未来。
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