本文图片来源：AspenTech

　　用于启动、调试和运行的生命周期数字孪生系统可帮助简化可持续发展技术的实施。

　　在可持续发展方面，大多数公司的投资回报率都达不到资本项目预期，但使用生命周期数字孪生（Lifecycle Digital Twin）可以更快优化过程，节省高达20%的资本支出和15～30%的运营成本。

　　各行各业都面临着不可预测的市场需求，企业经常发现项目进度要么长期滞后，要么超出预算。这会让企业资产盈利能力下降，错失市场机会。资产密集型行业正在投资数字技术，以制定应急计划、管理项目执行、优化施工顺序，并防止预算和物料超支。此外，企业正在从可持续发展的角度审查资产，在设计和工作过程中促进可持续性，以提高能源效率，同时减少浪费和排放。

　　为了更易于执行，解决方法必须简单明了。工程服务公司和业主面临的一个共同问题是：当前的数字技术并不关注整个项目的生命周期，因此需要多种数字技术解决方案，以实现在资产生命周期内的可持续性发展和盈利目标。

　　01  数字孪生技术

　　行业需要一个整体解决方案：从设计开始，并在整个启动、调试和运营过程中应用。它可以成为实施更多数字化解决方案的基石，以支持预测性维护、备件库存、先进过程控制和供应链优化。

　　数字孪生从更高的视角，提供了不同应用和案例所需的完整解决方案，不管是绿地还是棕地项目。在数字化转型之旅中，无论公司处于哪个阶段，都可以轻松实施数字孪生，以通过高级可视化来提高资产性能。项目初期的离线数字孪生，使工程师能够设计出优化程度最高、资本支出最低的过程。在线数字孪生提供了以前无法实现的关键见解，从而可以优化运营，同时应对不断变化的环境法规。

　　随着各行各业雄心勃勃的向实现净零碳排放目标的迈进，能源转型项目为许可方和工程、采购和施工（EPC）公司带来了新的机会。通过将数字孪生贯穿到从可行性阶段到最终投资决策直至运营和维护的各个阶段，许可方和EPC公司可以帮助业主从整体数字孪生模型中获益。

　　02  碳捕获过程的生命周期数字孪生

　　碳捕获（Carbon Capture）是帮助企业更快实现可持续发展目标的几项新兴技术之一，旨在向更加低碳化的经济转型。领先的企业正在寻求能够在设计和运营的关键阶段帮助支持战术、战略和业务决策的解决方案。

▲图：采用支持碳捕获、存储和利用（CCUS）等更环保、更新技术的企业，可以通过实施

生命周期数字孪生来缓解成长的痛苦。这种整体方法有助于提高项目的可行性并缓解风险。

　　支持碳捕获、存储和利用（CCUS）等更环保、更新技术的企业，可以通过实施生命周期数字孪生来缓解成长的痛苦。这种整体方法有助于提高项目的可行性，并缓解风险。生命周期数字孪生可为企业提供支持，帮助其深入了解新技术，并为资产生命周期的每个阶段做出明智决策。

　　■ 投资决策：在项目的初始概念设计阶段进行技术评估，以评估潜在可用的技术。根据未来的能源和可再生能源价格以及排放目标，许多捕集技术都是可用的。低碳氢气的生产也加速了碳捕获项目的发展势头。随着可用技术的多样化组合的出现，投资者在权衡投资回报率和捕获的总二氧化碳之间面临着诸多挑战。数字技术可帮助投资者审视不同的系统配置，以确定在何种条件下可将整个 CCUS 系统的风险降至最低，包括通过系统组件的规模化和集成化提升效率。在采用碳捕获来实现低碳制氢的情况下，可以获得更高的能源和过程效率。

　　■ 风险和规划：模型可以提供见解，以快速比较可用的技术选项，实现技术和经济可行性，从而降低和量化与资本投资支出相关的风险。此外，更好的洞察力可以增强投资者和其它关键利益相关方之间的合作，有助于在知情的情况下选择最佳技术，以支持实现长期利润和可持续发展目标的组织。例如，虽然用于碳捕集的胺吸收技术是一项成熟的技术，但它需要大量能源，因此有必要进行新的溶剂创新，以在能源和资本支出投资之间找到平衡点。

　　■ 概念设计的场景分析：对于探索基于不同条件的潜在财务结果，场景分析至关重要。随着业务环境的不断变化和充满不确定性，定期进行假设场景分析，使企业能够了解不同的内部和外部输入如何使业务关键绩效指标发生变化。这可以帮助组织做出积极的规划决策，在设计中考虑一系列可能的积极和消极因素。

　　大多数项目涉及工程师使用多个文件来表示具有拓扑差异的各种场景。为了更好地理解系统，需要手动更改一系列输入。所有这些步骤既耗时又容易出错。与经济学相结合的过程仿真器模型，可以对碳捕获过程进行严格的建模，从而可以帮助进行技术经济评估。强大的过程仿真（以及整合了安全和布局的相关集成工作过程）有助于创新，可以将资本支出降低20%，运营支出降低15~30%。

　　此外，离线数字孪生模型提供了灵活的工作过程，利用高性能计算或基于云的并行计算、以及用于数据分析的人工智能（AI）和可视化工具，可高速并行运营数千个场景。场景分析可以在初期了解设计决策是如何限制原料选择、环境和气候影响、设备可用性、可靠性和维护策略的。对过程运营战略的早期见解，使利益相关方能够为盈利和可持续的运营做出更好的决策。

　　■ 前端和详细设计：一旦选择并最终确定了技术，稳健的设计对于无缝启动和运营至关重要。由于早期做出的过程决策锁定了资本成本，这种协作型前端工具可以实现前端工程交付物的数字化，在不同领域之间实现透明化，从而可以降低后期设计变更的风险，确保每一项变更获得充分沟通。前端数字孪生，使组织在设计初期实现项目的5D可视化。

　　在设计阶段尽早了解3D布局以及成本和进度，使组织能够做出更明智的决策，以提高可持续成果，避免项目风险，并评估设计中拟议变更的影响。您可以通过概念布局、概念成本和进度模型来获得这种可见性。这有助于避免处理变更单和项目超支，从而消除与即将到来的高价值可持续发展项目相关的财务风险。在设计初期消除延误，帮助公司将项目工期缩短了近20%。此外，前端数字孪生的5D可视性可以帮助组织将选择设计概念的速度提升87%。

　　■ 启动和调试：在启动和调试期间，已经就位的强大数字孪生模型可以验证过程控制系统和操作指南，从而可以加快操作员培训速度。在工厂实际运营的同时运营数字复本，为培训运营人员和技术人员提供了一种非常有用的方法，使他们在启动之前，就可以在离线和无风险环境中熟悉控制方案和过程。因此，通过演练此类事件，使他们能够更成功的控制任何过程混乱或异常运营工况。对于较新、复杂的过程，例如碳捕获的点源和直接空气捕获（DAC）技术，其正在运营的设施不到30个，熟练的培训和专业知识对于创造无风险环境至关重要。

　　■ 操作员培训系统：传统的制造业越来越难以吸引人才，而且有许多经验丰富的员工即将退休，确保运营人员能够在安全的办公环境中开展工作（或者如果他们愿意，可以远程工作）对于降低风险、提高产量和吸引新一代技术工人至关重要。此外，增加碳捕获等技术，需要经验丰富的运营人员修改其培训。企业正在寻求动态方法，来快速高效地培训员工。

　　基于软件仿真器的数字孪生已经扩展到使用增强现实（AR）和虚拟现实（VR），以通过沉浸式和基于场景的虚拟环境加快学习。操作员现在可以在模拟环境中执行多个场景，模拟高应力条件并允许对象识别。先进的技术和数字孪生可以帮助公司缩小人才缺口，并以无缝衔接的方法来降低培训成本，减少由操作员导致的风险。

　　■ 运营和维护：一旦工厂投入运营，就可以通过从过程中获取的工厂数据，来不断提高数字孪生的准确性。这种实时在线的数字孪生模型可以提供与运营相关的关键见解，从而实现对设备的连续监控，提升工厂的性能。深入了解设备运营状况，有助于避免与计划外停机相关的风险。此外，在线数字孪生模型可用于优化过程控制目标，以最大程度的捕获二氧化碳，同时最小化能耗，从而可以根据当前过程输入，来降低总捕获成本。

　　03  数字孪生为碳捕获过程增加价值

　　资本项目的成功对于保持企业的竞争力和盈利至关重要，尤其是在市场不稳定或波动的情况下更是如此。数字化是实现这些业务目标的关键，它使新的可持续技术易于获取且成本友好。通过在从可行性到运营的不同阶段使用数字孪生，企业可以在降低生产风险的同时，快速实现可持续性和卓越运营的目标。

　　数字孪生不仅仅是过程、运营或系统的可视化、虚拟表示。这是一种符合行业需求的方法，有助于在资产的整个生命周期内实现协作、透明和改进。生命周期数字孪生提供了基于新技术和可持续技术的一种整体解决方案，包括但不限于碳捕获、氢气、生物燃料、生物原料以及与循环经济相关的过程改进。

　　关键概念：

　　■ 在向脱碳经济转型的过程中，碳捕获是帮助组织更快实现可持续发展目标亟需的几项技术之一。

　　■ 在从可行性到运营的各个阶段使用数字孪生，可以快速实现可持续性和卓越运营的目标，同时降低生产风险。

       思考一下：

　　数字孪生如何改善您的工厂运营？