Warmteoverdracht en stromingsleer

Onze expertise kan worden onderverdeeld in vier technologiegebieden:

• Pulsatie, trillingen & geluid, waarbij we het ontwerp van processystemen optimaliseren vanuit een integriteitsperspectief, leidend tot verhoogde veiligheid en betrouwbaarheid, voor domeinen als de petrochemische industrie, waterstof en CO2-transport.

• Stromingsmodellering, waarbij we de energieproductie en transportefficiëntie analyseren en optimaliseren voor domeinen zoals traditionele koolwaterstoffen, geothermische energie, elektrochemie en CO2-transport.

• Modellering van energiesystemen, waarbij we de efficiëntie en flexibiliteit van de huidige en toekomstige energie-infrastructuur modelleren, monitoren en optimaliseren op basis van fysieke modellen, big data, sensoren en optimalisatie.

• Kunstmatige intelligentie en digitalisering, waarbij we onze expertise op het gebied van natuurkunde en vloeistofdynamica combineren met state-of-the-art data-analyse en kunstmatige intelligentie om digitale oplossingen te leveren voor verschillende domeinen binnen de energie- en materialentransitie.

Pulsatie, trillingen en geluid

Wat is ons doel?

Wij dragen bij aan veiligere en geoptimaliseerde systemen met toonaangevende expertise op het gebied van pulsaties, trillingen en geluid.

Compressoren en pompen resulteren in druk- en stromingfluctuaties in de gas- of vloeistrofstroom. Hetzelfde geldt voor meerfase-systemen: een mengsel van vaste stoffen en/of vloeistof en/of gas stroomt door het leidingwerk in steeds wisselende fracties van elke component. Deze fluctuaties in vloeistofdichtheid, snelheid of druk zijn in het hele systeem en altijd aanwezig. Dit veroorzaakt overmatig geluid, trillingen, verstoring van de instrumentatie of uiteindelijk zelfs storingen.

Voor wie doen we wat?

Met onze modellen, laboratoriumtestfaciliteiten en veldmeetmogelijkheden ondersteunen wij energiebedrijven, fabrikanten, eindgebruikers, toezichthouders en overheden in domeinen als de petrochemische industrie, waterstof- en CO2-transport.

Onze USP's

TNO draagt bij aan veiligere en productievere procesinstallaties met haar toonaangevende expertise (zoals beoordeeld door een panel van onafhankelijke, toonaangevende experts). Tientallen jaren van onderzoek naar de onderliggende fysica van stromingsinstabiliteiten stellen ons in staat de omvang van de excitatiebronnen beter te modelleren en te voorspellen.

• Toegang tot onze pulsatiesimulator PULSIM™ stelt ons in staat de voortplanting van drukpulsaties en dynamische belastingen op de leidingen te begrijpen.
• In gevallen met bijzondere geometrieën of anderszins voor onderzoeksdoeleinden zijn de laboratoria van TNO beschikbaar voor testen op schaal.
• Ten slotte kan bij bestaande assets het veldmeetteam van TNO worden gemobiliseerd om ter plaatse de status van het systeem te analyseren, zowel onshore als offshore.

Met de combinatie van opgebouwde wetenschappelijke kennis, softwareontwikkeling en licentieverlening, laboratoria en praktijkervaring in het veld bevindt TNO zich in een unieke positie om de productiviteit van energie- en processystemen te maximaliseren en tegelijkertijd de integriteit ervan te waarborgen.

Stroommodellering

Wat is ons doel?

We gebruiken high-fidelity expertise op het gebied van stroommodellering om bij te dragen aan de energie- en materiaaltransitie. Dit team heeft de expertise en de tools (in eigen beheer ontwikkeld of commercieel) om de uitdagingen in het nieuwe tijdperk van duurzame ontwikkeling aan te pakken, met experts op het gebied van elektrochemie, geothermie, CO2-transport en olie en gas om de hele waarde keten te dekken van vloeistofstroomgerelateerde onderwerpen.

Voor wie doen we wat?

Nauwkeurige vloeistofstromingssimulaties zijn een must in verschillende fasen van de levenscyclus van veel producten, of het nu gaat om het ontwerp van een windturbineblad, een ribbelbuis voor gastransport of een beoordeling van de luchtkwaliteit in een gebouw. Een geschikt hulpmiddel kan de ontwerp-, exploitatie- en onderhoudsfasen verbeteren, de kosten en risico's verlagen en de robuustheid en knowhow verbeteren.

Verspreidingsmodellering binnenshuis: scalair transport door een kamer vanaf de vrijgegeven bron. Met onze modellen en proefopstellingen ondersteunen wij energiebedrijven, OEM, eindgebruikers, toezichthouders en overheden met het volgende:

• Productie, consumptie en transport, elektrolyzer- en brandstofcel-meerfasemodellering voor de waterstofindustrie.

• Waterstoftransport en -veiligheid, bijmenging, verspreiding en ontsteking van aardgas.

• Simulaties in omgevingen waar geen visuele informatie beschikbaar is en waar warmteoverdracht en Joule-Thompson-effecten een grote rol spelen, zoals bij CO2-proces es.

• Niet-intrusieve modellering en analyse, waarbij onderwerpen als ESP-omgeving, erosie, rotor- en injectiedynamica voor geothermische energie aan de orde komen.

• In het tijdperk van digitalisering kan kunstmatige intelligentie worden gecombineerd met CFD- en sensorgegevens om voorspellingen te verbeteren en proactief te handelen.

• Het gebruik van High-Temperature High-Salinity flowloop (HTS) om state-of-the-art experimentele inzichten te verschaffen voor geothermische en warmtenetwerkgerelateerde uitdagingen.

Onze USP's

Onze klanten komen bij TNO terug voor onze:

• Computational Fluid Dynamics (CFD)-mogelijkheden die een toegevoegde waarde hebben als op zichzelf staande simulatietechniek en als ondersteuning voor experimenten, voor onderzoeks-, correlatie- en validatiecycli.
• Efficiënte simulaties voor ontwerpoptimalisatie, risicobeoordeling en radicaal nieuwe concepten.
• Experimentele opstellingen voor een beter inzicht in de vloeistofstroming in CO2-, geothermie- en warmtenetwerktoepassingen.

Energy system modelling

Wat is ons doel?

Wij faciliteren de transitie naar geïntegreerde energienetwerken en -middelen door de systeemintegratie van multi-commodities (elektriciteit, gassen (aardgas, waterstof, biogas), warmte) te orkestreren. Daarnaast maken we de overstap mogelijk naar het complexe toekomstige gasnetwerk dat voortvloeit uit de veranderende vraag en aanbod van gas en de aanpassing aan nieuwe gassen (waterstof, biogas, bijmenging, ammoniak), door middel van numerieke modellering en specifieke sensorontwikkeling om ondersteunen deze transities.

Voor wie doen we wat?

Met onze modellen ondersteunen we nationale en internationale DSO’s & TSO’s (en energieretailers), toezichthouders en overheden, maar ook energiebedrijven en eindgebruikers met het volgende:

• Modelinteracties tussen de verschillende netten (elektriciteit, gassen & warmte).
• Identificeren van knelpunten in het toekomstige elektriciteitsnet en voorstellen van mogelijke oplossingen, risicobeoordeling van ontwerp en exploitatie (leveringszekerheid, welk gebied van cruciaal belang is, moet worden versterkt enz.)
• Geef systeemplanning (coördinatie tussen E,G en warmte) en timingadvies voor infrastructuurinvesteringen, voor nieuwe infrastructuur, uitbreidingen en hergebruik.
• Bieden van nieuwe innovatieve digitale oplossingen / prototyping / Forecasting & Prediction & Operations.
• Dynamische modellering en optimalisatie van multi-commodity energieactiva (bijv. windpark + elektrolyseur + industriële consument), techno-economische integratie.

Onze USP's

Onze klanten komen bij TNO terug voor onze:

• Kennis over dynamische fysieke simulatie van warmte- en gasnetwerken en netwerkinteracties tussen elektriciteit, gassen en warmte.
• (Offshore) Waterstoftransportkennis, met betrekking tot blending/deblending en pure waterstofstromen van producent naar consument, inclusief opslag, import en partijen in de waterstofwaardeketen.
• End-to-end (aanbod-naar-vraag) modellering, inclusief fysieke modellering van het asset (‘de knooppunten’).
• Gevalideerde gasnetoplossers (simulatietool).
• Multidisciplinaire projectcoördinatie.
• Onafhankelijke beoordeling.
• Verder kijken dan de dagelijkse bedrijfsvoering.

De omvang en aggregatie van de modellen die we gebruiken hangt sterk af van de reikwijdte van de onderzoeksvragen, en kan variëren van lokale netwerken in asset-premises tot DSO- en TSO-netwerken op internationale schaal.

Artificial intelligence and digitalisation

Wat is ons doel?

De voortdurende energie- en materialentransitie leidt tot steeds complexere en dynamischere productie- en bedrijfsprocessen in energiesystemen en industriële processen. Het koolstofvrij maken van deze sectoren drijft hen ertoe het gebruik van duurzame grondstoffen te maximaliseren en nog nauwer te integreren met het hernieuwbare elektriciteitsnet, waardoor de daarmee samenhangende processen nog ingewikkelder worden.

Hier ligt een kans in de toenemende beschikbaarheid van gegevens in allerlei vormen, of het nu gaat om tijdreeksgegevens van sensoren, tekstgegevens uit ontwerp- en operationele rapporten, of afbeeldingen en videobeelden van de apparatuur in deze systemen. Allemaal bronnen van waardevolle informatie die ingenieurs en operators kunnen helpen betere beslissingen te nemen over het ontwerp en de werking van hun installaties en processen. Het belangrijkste doel van het AI- en digitaliseringsteam is het ontwikkelen van nieuwe digitale technologieën die door AI worden ondersteund om de waarde uit deze gegevens te halen en onze partners en klanten te helpen:

• Inzicht te krijgen in hun processen en identificeer potentiële problemen
• Hun systemen consistent en efficiënt gebruiken
• Het ontwerp van energiemiddelen en industriële processen te optimaliseren
• Kennis en ervaringen over te brengen van bestaande fabrieken naar toekomstige fabrieken en processen
• De leercurve die gepaard gaat met de energie- en materialentransitie te versnellen
• Hun realtime monitoringsysteem via een digital twin om de operationele efficiëntie en beslissingsondersteuning te verbeteren

Lijst met technologieën

Binnen de AI en Digitalisatieteam werken we aan de ontwikkeling van een verscheidenheid aan technologieën en hulpmiddelen, waaronder:

1. Digital Twin-technologieën
2. State-of-the-art machine learning en deep learning-algoritmen zoals:

• Graph Neural Networks voor energienetwerken
• Geavanceerde procescontrole (inclusief Reinforcement learning) voor optimale controle van energiesystemen en procesinstallaties
• Op natuurkunde gebaseerde neurale netwerken
• Hybride AI-modellen voor het voorspellen van de energieproductie onder onzekerheden
• Real-time geautomatiseerde gebeurtenisdetectie
• Virtuele sensoren en meting

1. Modellering van moleculaire eigenschappen en generatief ontwerp
2. TOPOS Nieuwe workflows voor het optimaliseren van het type, aantal en locatie van sensoren in verschillende sectoren
3. ChatGeoPT: domein-gerespecteerde grote taalmodellen (LLM's) om een grote set tekstgegevens te analyseren
4. Federated Transfer Learning: een nieuwe technologie om te leren van verschillende gegevensbronnen van verschillende belanghebbenden zonder de noodzaak om gegevens te delen.
5. -Azure cloud-webgebaseerde applicaties

Voor wie doen we dit?

Het optimaliseren van ontwerp- en operationele (tot realtime) beslissingen voor operators en ingenieurs op het gebied van energie en industriële processen. Door de jaren heen hebben we onze partners en klanten geholpen bij de ontwikkeling van:

• Dynamische datagestuurde modellering en AI-optimalisatieworkflows voor energiesystemen
• Realtime algoritmen voor gebeurtenisdetectie ter ondersteuning van de analyse van de hoofdoorzaak van fouten
• Virtuele en soft-sensingmethoden voor real-time, modelgebaseerde monitoring van energieactiva

Deze technologieën zijn in veel sectoren gedemonstreerd, waaronder E&P, geothermische systemen, energienetwerken en -activa, en chemische en procesfabrieken.

Onze USPs

Binnen ons team pakken we problemen aan door eerst vanuit het domein te vertrekken. Door gebruik te maken van onze achtergronden in natuurkunde en techniek en jarenlange ervaring in de proces- en energie-industrie kunnen we: identificeren voor welke uitdagingen AI en digitalisering de grootste voordelen kunnen bieden, benadrukken welke data het meest inzichtelijk zijn voor gebruik in AI-oplossingen, en ontwikkelen en implementeer deze oplossingen op een vertrouwde en betrouwbare manier. De expertise van ons team ligt op de volgende onderwerpen:

• Het combineren van onze vaardigheden in het creëren van fysieke of datagestuurde modellen en weten hoe we deze kunnen inzetten in digitale tweelingen of webgebaseerde applicaties
• Integratie van domeinkennis met AI-technologieën
• AI-methoden om ‘kleine’ data te verwerken en ervan te leren

Breed gebied van expertise

TNO heeft al ruim 50 jaar expertise ontwikkeld op het gebied van vloeistofstromen in energieproductiesystemen, transportsystemen en procesinstallaties. Onze experts gebruiken fysieke en wiskundige modellen om de betrouwbaarheid en efficiëntie van productieprocessen te maximaliseren. Naast modellering profiteren we van uitgebreide laboratoriumfaciliteiten om de prestaties van nieuwe concepten te analyseren en evalueren en de nauwkeurigheid van modellen te valideren. Onze meetexpertise zetten wij ook buiten het laboratorium in om de prestaties van processystemen in de praktijk zowel onshore als offshore te analyseren.

Binnen deze expertisegebieden bieden wij specifieke producten (o.a. PulsimSuite en besturingssystemen) en high-end consultancy op het gebied van probleemoplossing en ontwerpoptimalisatie. Naast consultancy voeren we ook specifieke R&D-projecten uit waarin we onze expertise inzetten om onze klanten te helpen slagen door technologie te ontwikkelen die hun producten of productieproces verbetert. Onze hoogwaardige kennis, flexibiliteit en creativiteit stellen ons in staat een breed scala aan ontwerpuitdagingen aan te gaan.