氫能作為一種可制備、可運(yùn)輸?shù)那鍧嵞茉?通過可再生能源生產(chǎn)的綠氫(GH2),有助于構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系。當(dāng)前,我國(guó)正積極探索氫能在冶金、化工等工業(yè)領(lǐng)域替代化石能源的應(yīng)用空間。國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021-2035年)》提出,探索氫能冶金示范應(yīng)用,將作為“十四五”時(shí)期氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用示范工程之一。
向綠氫燃料轉(zhuǎn)型,無疑是推動(dòng)煉鋼等“碳減排困難型”行業(yè)邁向碳中和的有效手段之一。然而,當(dāng)前我國(guó)氫能制備的原料以化石燃料為主,綠氫制備面臨生產(chǎn)成本高、專用基礎(chǔ)設(shè)施不全、能量損失較大等難題,在大規(guī)?模商業(yè)化應(yīng)用方面仍有一定距離。施耐德電氣認(rèn)為,制氫企業(yè)需要全方位加強(qiáng)可再生能源的整合能力,以更低成本、更高效益且更大生產(chǎn)規(guī)模的綠氫制備,助力更多高能耗行業(yè)企業(yè)實(shí)施碳減排。在此過程中,綠氫工廠的數(shù)字化運(yùn)營(yíng)能力成為高質(zhì)量制氫的關(guān)鍵。
數(shù)字賦能,高效整合綠氫制備全流程
立足行業(yè)真實(shí)需求,施耐德電氣提供綠氫一體化設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)解決方案,以數(shù)字化手段幫助企業(yè)減少碳足跡、降低總資本和運(yùn)營(yíng)支出,并最大化提升綠氫整合效率。具體而言,主要從以下四個(gè)維度賦能綠氫工廠“設(shè)計(jì)工程施工到生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)維護(hù)”全生命周期:
1. 集成設(shè)計(jì)與仿真模擬:綠氫制備是電力密集型的生產(chǎn)流程,其能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)需具備對(duì)電力和過程的仿真建模能力。
依托施耐德電氣AVEVA Pro/II & Process Simulation工藝模擬仿真軟件和AVEVA E3D Design三維設(shè)計(jì)軟件,綠氫工廠可構(gòu)建以生產(chǎn)過程機(jī)理為基礎(chǔ)的工藝生產(chǎn)流程數(shù)字孿生,對(duì)多種設(shè)計(jì)和場(chǎng)景進(jìn)行集成建模,包括天氣、設(shè)備、流程、承購商需求波動(dòng)和本地基礎(chǔ)設(shè)施(當(dāng)前和未來)等變量,通過模擬設(shè)備屬性和在線工藝行為,對(duì)設(shè)計(jì)、建設(shè)到生產(chǎn)的整體設(shè)計(jì)進(jìn)行尋優(yōu),實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)最大化和風(fēng)險(xiǎn)最小化。其中,基于模擬仿真與工廠3D設(shè)計(jì)工具集成的數(shù)字孿生解決方案有助于:
實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)無縫過渡,縮減工程施工時(shí)長(zhǎng);
減少人為失誤,以及因其導(dǎo)致的返工風(fēng)險(xiǎn);
集成過程和電力設(shè)計(jì),構(gòu)建一個(gè)工程數(shù)字孿生底座;
集成能源管理和過程模擬,實(shí)現(xiàn)過程設(shè)備端到端的耦合聯(lián)動(dòng)及全面分析;
提升整體性能,并確保過程設(shè)備和配電設(shè)備之間的設(shè)計(jì)完整性。
在建造與交付階段,施耐德電氣提供涵蓋AVEVA ERM材料和施工管理系統(tǒng)、AVEVA AIM資產(chǎn)信息管理平臺(tái)(數(shù)字化交付)和AVEVA OTS操作員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在內(nèi)的解決方案,幫助綠氫工廠搭建一個(gè)三維可視化的數(shù)字化工廠,為參與項(xiàng)目的設(shè)計(jì)院、施工方、設(shè)備供貨商、客戶建立一個(gè)跨組織協(xié)作、信息共享平臺(tái),從而能夠在保證施工數(shù)據(jù)和交付數(shù)據(jù)質(zhì)量的同時(shí),減少成本浪費(fèi)并優(yōu)化操作工序。
2. 配電優(yōu)化:目前,成本過高是掣肘高能耗行業(yè)向綠色氫能燃料轉(zhuǎn)型的核心問題之一。根據(jù)《中國(guó)綠色氫能發(fā)展路線圖》,我國(guó)綠氫的生產(chǎn)成本介于33.9-42.9元/千克(4.92-6.23美元/千克)之間,若要替代煤制氫,其生產(chǎn)成本需降至6.8-12.1元/千克(0.99-1.76美元/千克)。千兆瓦級(jí)的綠氫項(xiàng)目作為高能耗行業(yè)實(shí)施碳減排的關(guān)鍵支撐,其當(dāng)前的首要任務(wù)是降低生產(chǎn)成本,并提高供給量,不斷提升綠氫應(yīng)用的市場(chǎng)覆蓋率。
借助施耐德電氣全新可擴(kuò)展的模塊化配電解決方案,綠氫工廠可有效降低綠氫的制備成本,盡可能縮小與媒制氫的成本差距。這些升級(jí)版電力架構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)化的緊湊型設(shè)備,能夠更好地幫助工廠強(qiáng)化自身的可擴(kuò)展性。而結(jié)合配電設(shè)計(jì)優(yōu)化工具以及模塊化的E-House預(yù)制式變電站等,工廠還能平穩(wěn)過渡到低成本且穩(wěn)健的配電方案。
此外,基于施耐德電氣ETAP電力系統(tǒng)仿真軟件和AVEVA工業(yè)軟件的組合,工廠可覆蓋綠氫耦合化工全流程,對(duì)可再生能源產(chǎn)電制氫用氫過程中的供能配電和工藝生產(chǎn)過程中的波動(dòng)間歇性、安全連續(xù)性、可用性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行預(yù)測(cè)模擬,進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值,實(shí)現(xiàn)整體效益最大化。
3. 安全、高效的運(yùn)營(yíng)與維護(hù)(O&M):氫氣是一種易燃易爆氣體,如果處理不當(dāng),容易引起火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重后果。對(duì)工廠而言,制氫過程的安全性和穩(wěn)定性顯得尤為重要。因此,綠氫工廠需要將能源和過程管理系統(tǒng)與集成安全和網(wǎng)絡(luò)信息安全相結(jié)合。而該組合系統(tǒng),還將高效集成施耐德電氣EcoStruxure Foxboro DCS分布式控制系統(tǒng)、安全儀表系統(tǒng)(SIS)和能源管理系統(tǒng),配合數(shù)字孿生解決方案可在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段進(jìn)一步提升安全性,并有助于:
降低資本支出;
減少硬件設(shè)備需求;
縮短工程建造及功能測(cè)試時(shí)長(zhǎng);
盡可能減少調(diào)試需求;
集成控制平臺(tái)、預(yù)測(cè)性仿真和一體化運(yùn)營(yíng)、資產(chǎn)績(jī)效管理,以及網(wǎng)絡(luò)信息安全軟件等。
針對(duì)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的利用,施耐德電氣還將為綠氫企業(yè)提供AVEVA PI System運(yùn)營(yíng)大數(shù)據(jù)管理平臺(tái),對(duì)生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘和可視化,促進(jìn)云邊端融合,幫助企業(yè)優(yōu)化決策質(zhì)量。配合AVEVA Predictive Analytics 預(yù)測(cè)性維護(hù)系統(tǒng)、EcoStruxure PMA預(yù)測(cè)性維護(hù)顧問、APC先進(jìn)過程控制軟件等,可在有效增強(qiáng)設(shè)備可靠性和可用性、減少非計(jì)劃性停車的同時(shí),提高電能利用效率。而通過集成各生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)而打造的AVEVA UOC一體化運(yùn)營(yíng)中心,還能助力企業(yè)打通信息孤島,提高管理效率,減少因信息不對(duì)稱造成的時(shí)間和成本浪費(fèi)。
4. 咨詢先行,優(yōu)化生產(chǎn)用能:能源成本是工業(yè)企業(yè)繞不開的“大山”。企業(yè)生產(chǎn)用能策略是否穩(wěn)健、可靠,將影響其長(zhǎng)期利潤(rùn)。比如,在鋼鐵生產(chǎn)中,能源成本占比可達(dá)20-40%,而為了降低該成本,部分鋼鐵生產(chǎn)商正轉(zhuǎn)向低成本的可再生能源方案;有些則寄希望于簽署長(zhǎng)期的電力采購協(xié)議(PPA),以鎖定其在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)固定的能源價(jià)格。
對(duì)制氫企業(yè)而言,借助合理優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)用能配置,可有效降低制氫成本,促進(jìn)綠氫能源的推廣。目前,越來越多企業(yè)正聯(lián)合成熟的咨詢機(jī)構(gòu),通過量身定制的能源策略,優(yōu)化能源資源組合,并利用人工智能(AI)等前沿技術(shù)來預(yù)測(cè)生產(chǎn)用能消耗。施耐德電氣EcoStruxure Microgrid Advisor微網(wǎng)能源顧問(EMA)采用基于AI的獨(dú)有優(yōu)化控制算法,通過邊緣控制與互聯(lián)互通的設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制指令和數(shù)據(jù)傳輸,可滿足市電接入、分布式能源(DER)和用能設(shè)備的多種調(diào)配需求;并根據(jù)實(shí)時(shí)電價(jià)、天氣數(shù)據(jù)及用電量,適時(shí)調(diào)整資源調(diào)配,讓廠區(qū)和園區(qū)實(shí)現(xiàn)從新能源發(fā)電端,到電能儲(chǔ)存、負(fù)荷用電需求的完美平衡,從而在各個(gè)維度為制氫企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)收益。
舉生態(tài)之力,共促高能耗行業(yè)綠色發(fā)展
以鋼鐵行業(yè)為代表的高能耗行業(yè),正致力于通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型,減少自身碳排放,這與施耐德電氣在可持續(xù)發(fā)展方面的核心戰(zhàn)略不謀而合。施耐德電氣在全球200多家工廠和物流中心均已完成數(shù)字化升級(jí)和轉(zhuǎn)型,這些減碳成果更是獲得了包括企業(yè)爵士(Corporate Knights)、世界經(jīng)濟(jì)論壇(World Economic Forum)等權(quán)威機(jī)構(gòu)在內(nèi)的高度認(rèn)可。
施耐德電氣依托“AVEVA + ETAP”雙擎,在助力綠氫企業(yè)實(shí)現(xiàn)“高級(jí)分析”和“柔性運(yùn)營(yíng)”雙效的同時(shí),也將為煉鋼等高能耗企業(yè)提供先進(jìn)的數(shù)字化與可持續(xù)發(fā)展咨詢,以及軟硬件一體化、貫穿能源管理與自動(dòng)化的整體解決方案,助力其提高工廠全生命周期的生產(chǎn)效率,并降低碳排放,推動(dòng)高能耗行業(yè)的高效與可持續(xù)發(fā)展。
立足綠色氫能領(lǐng)域的行業(yè)需求,施耐德電氣將通過覆蓋與整合從新能源發(fā)電、綠氫生產(chǎn)車間到市電/綠電/微網(wǎng)鏈接,以及終端用戶的全流程、全生命周期解決方案,持續(xù)為綠氫行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈賦能,攜手客戶開辟綠色新路徑,一同邁向更加開放、高效與韌性、可持續(xù)和以人為本的未來工業(yè)。
來源：環(huán)京津新聞網(wǎng)
