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★西門子（中國(guó)）有限公司

和其他能源相比，氫能儲(chǔ)量大、污染小、效率高，其單位質(zhì)量所蘊(yùn)含的能量約是石油的3倍、煤炭的4.5倍，是被寄予無(wú)數(shù)厚望的“能源新星”。

2022年北京冬奧會(huì)期間，隨著中國(guó)首臺(tái)70兆帕撬裝全集成加氫站現(xiàn)身河北張家口賽區(qū)的萬(wàn)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(chǎng)館。人們突然意識(shí)到：氫能，并非遙不可及。

六個(gè)“第一”

作為冬奧會(huì)背景下的國(guó)家重點(diǎn)科技項(xiàng)目，中國(guó)首臺(tái)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(kāi)發(fā)，采用了西門子過(guò)程控制產(chǎn)品和解決方案。該產(chǎn)品甫一問(wèn)世便吸引了全行業(yè)的矚目，并在中國(guó)市場(chǎng)創(chuàng)下業(yè)內(nèi)六個(gè)“第一”。這是第一臺(tái)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(tái)滿足國(guó)際上廣泛認(rèn)可的《地面車輛標(biāo)準(zhǔn)-輕型汽車氫燃料加注協(xié)議》中T40等級(jí)的70兆帕加注系統(tǒng)；第一臺(tái)完成整機(jī)防爆認(rèn)證的撬裝加氫裝置。此外，在撬裝加氫裝置領(lǐng)域，無(wú)論是多氣源加氫、防爆冷水系統(tǒng)、一體化大屏幕應(yīng)用，均實(shí)現(xiàn)了首次集成。對(duì)西門子而言，這也是其分布式控制系統(tǒng)SIMATICPCS7在加氫撬裝集成設(shè)備上的第一次應(yīng)用。

以簡(jiǎn)馭繁，直面高壓挑戰(zhàn)

氫能領(lǐng)域正進(jìn)行著一場(chǎng)你追我趕的競(jìng)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(jì)性能更好。以一輛普通氫燃料電池汽車為例，當(dāng)加注壓力為35兆帕?xí)r，可以行駛320公里；而當(dāng)加注壓力達(dá)到70兆帕?xí)r，續(xù)航里程可增至600余公里。

作為這場(chǎng)“競(jìng)賽”的有力參與者，安瑞科希望走出一條并無(wú)先例可循的道路，專注于打造標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化的撬裝全集成加氫站，并且在實(shí)現(xiàn)其移動(dòng)性的同時(shí)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(wú)疑是技術(shù)布局的重要環(huán)節(jié)。基于全集成自動(dòng)化技術(shù)的過(guò)程控制系統(tǒng)SIMATICPCS7功能強(qiáng)大，具有高可靠性和靈活的可擴(kuò)展性的特點(diǎn)，對(duì)加氫站進(jìn)行了快速、精確地控制。工藝控制器負(fù)責(zé)啟動(dòng)按鈕、壓力傳感器和溫度傳感器的信號(hào)連接，以及對(duì)隔膜壓縮機(jī)、冷卻風(fēng)扇、循環(huán)水泵和閥門的控制；安全控制器則與急停信號(hào)檢測(cè)模塊、氫氣泄露檢測(cè)模塊和火災(zāi)檢測(cè)模塊等進(jìn)行連接。SIMATICPCS7憑借其獨(dú)特的可擴(kuò)展性、高可靠性和高靈活性，成為協(xié)助安瑞科通往目標(biāo)的“助攻手”，保證了所有設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

SIMATICPCS7模塊化組態(tài)方法對(duì)效率的提高也大有助益，其高度的標(biāo)準(zhǔn)化使安瑞科在項(xiàng)目實(shí)施階段節(jié)省了大量時(shí)間和成本，任務(wù)導(dǎo)向的操作界面和統(tǒng)一的狀態(tài)報(bào)警功能則使交互操作更為便捷直觀，提高了過(guò)程的運(yùn)行效率并降低了運(yùn)行維護(hù)成本。

在西門子看來(lái)，隨著制氫項(xiàng)目的規(guī)模化發(fā)展，越來(lái)越多的氫能業(yè)主會(huì)選擇對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行全集成自動(dòng)化控制，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的高效節(jié)能化運(yùn)營(yíng)。在這一趨勢(shì)下，分布式集中控制系統(tǒng)的需求會(huì)隨之提升，逐步在未來(lái)成為大型制氫項(xiàng)目的“標(biāo)配”。SIMATICPCS7在70兆帕撬裝全集成加氫站的應(yīng)用將為此類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與配置起到示范作用。

西門子數(shù)字化工業(yè)集團(tuán)過(guò)程自動(dòng)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(yīng)用的更多可能，我們非常驕傲西門子久經(jīng)驗(yàn)證的分布式集中控制系統(tǒng)能應(yīng)用其中，以簡(jiǎn)馭繁，助力綠色氫能走得更遠(yuǎn)、更穩(wěn)。”

應(yīng)用西門子SIMATICPCS7的加氫設(shè)備

安全護(hù)航，“氫”車熟路

氫能雖然能力超強(qiáng)，但兼具擴(kuò)散系數(shù)大、爆炸極限寬、點(diǎn)火溫度低等特點(diǎn)，就像一個(gè)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(huì)期間投用的戶外移動(dòng)大型設(shè)備，安全性無(wú)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(shè)備位于危險(xiǎn)區(qū)1區(qū)，即正常作業(yè)時(shí)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(shè)計(jì)，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(biāo)準(zhǔn)，不容半點(diǎn)閃失。

在北京低碳清潔能源研究院的參與下，安瑞科對(duì)西門子SIMATICPCS7過(guò)程控制系統(tǒng)采用了冗余設(shè)計(jì)，并將其安置于滿足危險(xiǎn)區(qū)1區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的防爆箱體中。

SIMATICPCS7本身的安全優(yōu)勢(shì)十分突出，除了控制設(shè)備可以安裝在危險(xiǎn)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(yùn)行。加氫站運(yùn)行期間經(jīng)常需要在不同壓力點(diǎn)進(jìn)行切換，撬裝式全集成加氫站的管道設(shè)計(jì)相對(duì)較短，這就要求控制系統(tǒng)要在速度切換時(shí)做到“謹(jǐn)小慎微”，否則會(huì)影響壓力穩(wěn)定性，產(chǎn)生安全隱患，控制系統(tǒng)的高速運(yùn)算能力和快速響應(yīng)時(shí)間完全滿足了這一應(yīng)用。強(qiáng)大的通信能力可以對(duì)AI智能監(jiān)控、冷卻、加注等集成系統(tǒng)進(jìn)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(shù)為云端數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與完備性提供了保障。

“西門子SIMATICPCS7是一款市場(chǎng)美譽(yù)度很高的產(chǎn)品，許多客戶得知我們使用了SIMATICPCS7后都對(duì)其安全性和功能性表示了認(rèn)可。”張鵬娜表示。

氫能時(shí)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(wàn)全油氫電綜合能源站順利通過(guò)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(shí)，高于20公斤/小時(shí)的設(shè)計(jì)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(fēng)遠(yuǎn)航”，除了為中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工有限公司建設(shè)中的加氫站項(xiàng)目以外，還與浙江大學(xué)能源工程學(xué)院開(kāi)啟了氫能數(shù)字化的產(chǎn)學(xué)研之路。浙江大學(xué)能源工程學(xué)院在數(shù)字化設(shè)計(jì)、智能控制方法和安全性等領(lǐng)域?qū)W術(shù)積淀深厚，三方計(jì)劃從明年杭州亞運(yùn)會(huì)期間的加氫站項(xiàng)目入手展開(kāi)合作，并在未來(lái)將合作拓展到西門子工控仿真產(chǎn)品在氫能工程領(lǐng)域的應(yīng)用。

“西門子在過(guò)程控制系統(tǒng)領(lǐng)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(shí)踐，是我們?cè)谘芯亢凸こ虘?yīng)用中值得信賴的合作伙伴。我們與西門子曾多次進(jìn)行數(shù)字化方案探討，并持續(xù)探索能夠拓展學(xué)生科研之路的數(shù)字化課程設(shè)計(jì)。”浙江大學(xué)能源工程學(xué)院副教授、博士生導(dǎo)師楊健表示，“這些嘗試將加速氫能技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用與數(shù)字化轉(zhuǎn)型，以實(shí)際行動(dòng)助力零碳未來(lái)。”

電影《流浪地球》的故事背景下，在2075年，氫能將被廣泛應(yīng)用于交通、工業(yè)、化工等諸多領(lǐng)域。回到現(xiàn)實(shí)中的今天，在政策引導(dǎo)、產(chǎn)業(yè)聯(lián)動(dòng)、技術(shù)賦能的大背景下，全面的“氫”裝上陣是否提前到來(lái)，讓我們拭目以待。

摘自《自動(dòng)化博覽》2022年10月刊