氫能——會是人類尋尋覓覓的終極能源嗎?
和其他能源相比，氫能儲量大、污染小、效率高，其單位質(zhì)量所蘊含的能量約是石油的3倍、煤炭的4.5倍，是被寄予無數(shù)厚望的“能源新星”。
2022年北京冬奧會期間，隨著中國首臺70兆帕撬裝全集成加氫站現(xiàn)身河北張家口賽區(qū)的萬全油氫電綜合能源站，一輛又一輛氫燃料車從這里駛向街頭、場館。人們突然意識到：氫能，并非遙不可及。
六個“第一”背后的選擇
作為冬奧會背景下的國家重點科技項目，中國首臺70兆帕撬裝全集成加氫站由中集安瑞科控股有限公司(安瑞科)開發(fā)，采用了西門子過程控制產(chǎn)品和解決方案。該產(chǎn)品甫一問世便吸引了全行業(yè)的矚目，并在中國市場創(chuàng)下業(yè)內(nèi)六個“第一”!
這是第一臺多功能全集成加氫裝置，集卸氣、增壓、控制、AI智能監(jiān)控等諸多系統(tǒng)于一身;第一臺滿足國際上廣泛認可的《地面車輛標準-輕型汽車氫燃料加注協(xié)議》中T40等級的70兆帕加注系統(tǒng);第一臺完成整機防爆認證的撬裝加氫裝置。此外，在撬裝加氫裝置領域，無論是多氣源加氫、防爆冷水系統(tǒng)、一體化大屏幕應用，均實現(xiàn)了首次集成。對西門子而言，這也是其分布式控制系統(tǒng)SIMATIC PCS 7在加氫撬裝集成設備上的第一次應用。
安瑞科是中國國際海運集裝箱(集團)股份有限公司旗下的清潔能源裝備先進智造龍頭，此前與西門子已在液化天然氣系統(tǒng)集成項目、河北雄安油氣氫綜合能源服務站等項目中累積了充分的默契與信任。
“70兆帕撬裝全集成加氫站項目的重要性毋庸置疑，我們必須確保產(chǎn)品在各方面達到優(yōu)中之優(yōu)。” 安瑞科氫能事業(yè)部技術負責人張鵬娜介紹道，“安瑞科與西門子的合作由來已久。我們希望通過強強聯(lián)合，為這場國際矚目的體育盛會提供安全、綠色的能源保障，并在未來逐步賦予這一里程碑式產(chǎn)品更多應用場景，為中國‘雙碳’目標的達成作出貢獻?！?/FONT>
以簡馭繁，直面高壓挑戰(zhàn)
氫能領域正進行著一場你追我趕的競賽。以加氫站為例，業(yè)內(nèi)一般具有35兆帕和70兆帕兩種氫氣加注能力。相比于35兆帕，70兆帕壓縮氫氣能量密度更高、加注效率更快、經(jīng)濟性能更好。以一輛普通氫燃料電池汽車為例，當加注壓力為35兆帕時，可以行駛320公里;而當加注壓力達到70兆帕時，續(xù)航里程可增至600余公里。
作為這場“競賽”的有力參與者，安瑞科希望走出一條并無先例可循的道路，專注于打造標準化、系統(tǒng)化的撬裝全集成加氫站，并且在實現(xiàn)其移動性的同時將加注壓力提高至70兆帕。
控制系統(tǒng)如同加氫站的大腦，無疑是技術布局的重要環(huán)節(jié)。基于全集成自動化技術的過程控制系統(tǒng)SIMATIC PCS 7功能強大，具有高可靠性和靈活的可擴展性的特點，對加氫站進行了快速、精確的控制。工藝控制器負責啟動按鈕、壓力傳感器和溫度傳感器的信號連接，以及對隔膜壓縮機、冷卻風扇、循環(huán)水泵和閥門的控制;安全控制器則與急停信號檢測模塊、氫氣泄露檢測模塊和火災檢測模塊等進行連接。SIMATIC PCS 7憑借其獨特的可擴展性、高可靠性和高靈活性，成為協(xié)助安瑞科通往目標的“助攻手”，保證了所有設備安全、穩(wěn)定運行。
SIMATIC PCS 7模塊化組態(tài)方法對效率的提高也大有助益，其高度的標準化使安瑞科在項目實施階段節(jié)省了大量時間和成本，任務導向的操作界面和統(tǒng)一的狀態(tài)報警功能則使交互操作更為便捷直觀，提高了過程的運行效率并降低了運行維護成本。
在西門子看來，隨著制氫項目的規(guī)?；l(fā)展，越來越多的氫能業(yè)主會選擇對所有設備進行全集成自動化控制，從而實現(xiàn)項目的高效節(jié)能化運營。在這一趨勢下，分布式集中控制系統(tǒng)的需求會隨之提升，逐步在未來成為大型制氫項目的“標配”。SIMATIC PCS 7在70兆帕撬裝全集成加氫站的應用將為此類產(chǎn)品的設計與配置起到示范作用。
西門子數(shù)字化工業(yè)集團過程自動化事業(yè)部控制系統(tǒng)產(chǎn)品總監(jiān)顧清表示：“安瑞科的創(chuàng)新突破讓行業(yè)看到了氫能應用的更多可能，我們非常驕傲西門子久經(jīng)驗證的分布式集中控制系統(tǒng)能應用其中，以簡馭繁，助力綠色氫能走得更遠、更穩(wěn)?！?/FONT>
安全護航，“氫”車熟路
氫能雖然能力超強，但兼具擴散系數(shù)大、爆炸極限寬、點火溫度低等特點，就像一個性情多變的天才。這種“秉性”只有善馭者才能收其益而杜其損。
作為冬奧會期間投用的戶外移動大型設備，安全性無疑是其首要命題。氫能的“善馭者”安瑞科也不敢掉以輕心。常規(guī)而言，加氫站的主設備位于危險區(qū)1區(qū)，即正常作業(yè)時可能產(chǎn)生易爆氣體與空氣混合物的區(qū)域，控制系統(tǒng)則放置于安全區(qū)。撬裝全集成加氫站采用一體化設計，只能整體置身于同一區(qū)域。這意味著西門子的控制系統(tǒng)需要在確保功能性的前提下，遵循前所未有的安全標準，不容半點閃失。
在北京低碳清潔能源研究院的參與下，安瑞科對西門子SIMATIC PCS 7過程控制系統(tǒng)采用了冗余設計，并將其安置于滿足危險區(qū)1區(qū)標準的防爆箱體中。
SIMATIC PCS 7本身的安全優(yōu)勢十分突出，除了控制設備可以安裝在危險區(qū)1區(qū)和2區(qū)，系統(tǒng)的成熟性和穩(wěn)定性也能夠最大程度地保證加氫站的安全運行。加氫站運行期間經(jīng)常需要在不同壓力點進行切換，撬裝式全集成加氫站的管道設計相對較短，這就要求控制系統(tǒng)要在速度切換時做到“謹小慎微”，否則會影響壓力穩(wěn)定性，產(chǎn)生安全隱患，控制系統(tǒng)的高速運算能力和快速響應時間完全滿足了這一應用。強大的通信能力可以對AI智能監(jiān)控、冷卻、加注等集成系統(tǒng)進行大批量數(shù)據(jù)采集并上傳到云端，工業(yè)信息安全技術為云端數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與完備性提供了保障。
“西門子SIMATIC PCS 7是一款市場美譽度很高的產(chǎn)品，許多客戶得知我們使用了SIMATIC PCS 7后都對其安全性和功能性表示了認可?！睆堸i娜表示。
氫能時代，心中有“數(shù)”
不久前，安瑞科70兆帕撬裝全集成加氫站在萬全油氫電綜合能源站順利通過加氫性能考核：55分鐘內(nèi)加注了1輛氫燃料電池客車，平均加氫能力為26.92公斤/小時，高于20公斤/小時的設計加氫能力。這意味著加注滿一輛小型氫燃料電池汽車僅需不到15分鐘，相較于鋰電池充電，已是“速度喜人”。
安瑞科和西門子的氫能之旅也在繼續(xù)攜手“迎風遠航”，除了為中國石化揚子石油化工有限公司建設中的加氫站項目以外，還與浙江大學能源工程學院開啟了氫能數(shù)字化的產(chǎn)學研之路。浙江大學能源工程學院在數(shù)字化設計、智能控制方法和安全性等領域?qū)W術積淀深厚，三方計劃從明年杭州亞運會期間的加氫站項目入手展開合作，并在未來將合作拓展到西門子工控仿真產(chǎn)品在氫能工程領域的應用。
“西門子在過程控制系統(tǒng)領域具有高質(zhì)量的產(chǎn)品與解決方案，且擁有豐富的數(shù)字化理念和實踐，是我們在研究和工程應用中值得信賴的合作伙伴。我們與西門子曾多次進行數(shù)字化方案探討，并持續(xù)探索能夠拓展學生科研之路的數(shù)字化課程設計。” 浙江大學能源工程學院副教授、博士生導師楊健表示，“這些嘗試將加速氫能技術的研發(fā)應用與數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以實際行動助力零碳未來?！?/FONT>
電影《流浪地球》的故事背景下，在2075年，氫能將被廣泛應用于交通、工業(yè)、化工等諸多領域?；氐浆F(xiàn)實中的今天，在政策引導、產(chǎn)業(yè)聯(lián)動、技術賦能的大背景下，全面的“氫”裝上陣是否提前到來，讓我們拭目以待。
（西門子）
