★西門(mén)子（中國）有限公司

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(wú)數厚望的“能源新星”。

2022年北京冬奧會(huì )期間，隨著(zhù)中國首臺70兆帕撬裝全集成加氫站現身河北張家口賽區的萬(wàn)全油氫電綜合能源站，一輛又一輛氫燃料車(chē)從這里駛向街頭、場(chǎng)館。人們突然意識到：氫能，并非遙不可及。

六個(gè)“第一”

作為冬奧會(huì )背景下的國家重點(diǎn)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(kāi)發(fā)，采用了西門(mén)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，并在中國市場(chǎng)創(chuàng )下業(yè)內六個(gè)“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智能監控等諸多系統于一身；第一臺滿(mǎn)足國際上廣泛認可的《地面車(chē)輛標準-輕型汽車(chē)氫燃料加注協(xié)議》中T40等級的70兆帕加注系統；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(lǐng)域，無(wú)論是多氣源加氫、防爆冷水系統、一體化大屏幕應用，均實(shí)現了首次集成。對西門(mén)子而言，這也是其分布式控制系統SIMATICPCS7在加氫撬裝集成設備上的第一次應用。

以簡(jiǎn)馭繁，直面高壓挑戰

氫能領(lǐng)域正進(jìn)行著(zhù)一場(chǎng)你追我趕的競賽。以加氫站為例，業(yè)內一般具有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(chē)為例，當加注壓力為35兆帕時(shí)，可以行駛320公里；而當加注壓力達到70兆帕時(shí)，續航里程可增至600余公里。

作為這場(chǎng)“競賽”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(zhuān)注于打造標準化、系統化的撬裝全集成加氫站，并且在實(shí)現其移動(dòng)性的同時(shí)將加注壓力提高至70兆帕。

控制系統如同加氫站的大腦，無(wú)疑是技術(shù)布局的重要環(huán)節?；谌勺詣?dòng)化技術(shù)的過(guò)程控制系統SIMATICPCS7功能強大，具有高可靠性和靈活的可擴展性的特點(diǎn)，對加氫站進(jìn)行了快速、精確地控制。工藝控制器負責啟動(dòng)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(fēng)扇、循環(huán)水泵和閥門(mén)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(jìn)行連接。SIMATICPCS7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、穩定運行。

SIMATICPCS7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(shí)施階段節省了大量時(shí)間和成本，任務(wù)導向的操作界面和統一的狀態(tài)報警功能則使交互操作更為便捷直觀(guān)，提高了過(guò)程的運行效率并降低了運行維護成本。

在西門(mén)子看來(lái)，隨著(zhù)制氫項目的規?；l(fā)展，越來(lái)越多的氫能業(yè)主會(huì )選擇對所有設備進(jìn)行全集成自動(dòng)化控制，從而實(shí)現項目的高效節能化運營(yíng)。在這一趨勢下，分布式集中控制系統的需求會(huì )隨之提升，逐步在未來(lái)成為大型制氫項目的“標配”。SIMATICPCS7在70兆帕撬裝全集成加氫站的應用將為此類(lèi)產(chǎn)品的設計與配置起到示范作用。

西門(mén)子數字化工業(yè)集團過(guò)程自動(dòng)化事業(yè)部控制系統產(chǎn)品總監顧清表示：“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(mén)子久經(jīng)驗證的分布式集中控制系統能應用其中，以簡(jiǎn)馭繁，助力綠色氫能走得更遠、更穩?！?/p>

應用西門(mén)子SIMATICPCS7的加氫設備

安全護航，“氫”車(chē)熟路

氫能雖然能力超強，但兼具擴散系數大、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(hù)外移動(dòng)大型設備，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。常規而言，加氫站的主設備位于危險區1區，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域，控制系統則放置于安全區。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域。這意味著(zhù)西門(mén)子的控制系統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(diǎn)閃失。

在北京低碳清潔能源研究院的參與下，安瑞科對西門(mén)子SIMATICPCS7過(guò)程控制系統采用了冗余設計，并將其安置于滿(mǎn)足危險區1區標準的防爆箱體中。

SIMATICPCS7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1區和2區，系統的成熟性和穩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(diǎn)進(jìn)行切換，撬裝式全集成加氫站的管道設計相對較短，這就要求控制系統要在速度切換時(shí)做到“謹小慎微”，否則會(huì )影響壓力穩定性，產(chǎn)生安全隱患，控制系統的高速運算能力和快速響應時(shí)間完全滿(mǎn)足了這一應用。強大的通信能力可以對AI智能監控、冷卻、加注等集成系統進(jìn)行大批量數據采集并上傳到云端，工業(yè)信息安全技術(shù)為云端數據的穩定性與完備性提供了保障。

“西門(mén)子SIMATICPCS7是一款市場(chǎng)美譽(yù)度很高的產(chǎn)品，許多客戶(hù)得知我們使用了SIMATICPCS7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(shí)代，心中有“數”

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分鐘內加注了1輛氫燃料電池客車(chē)，平均加氫能力為26.92公斤/小時(shí)，高于20公斤/小時(shí)的設計加氫能力。這意味著(zhù)加注滿(mǎn)一輛小型氫燃料電池汽車(chē)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(mén)子的氫能之旅也在繼續攜手“迎風(fēng)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(xué)能源工程學(xué)院開(kāi)啟了氫能數字化的產(chǎn)學(xué)研之路。浙江大學(xué)能源工程學(xué)院在數字化設計、智能控制方法和安全性等領(lǐng)域學(xué)術(shù)積淀深厚，三方計劃從明年杭州亞運會(huì )期間的加氫站項目入手展開(kāi)合作，并在未來(lái)將合作拓展到西門(mén)子工控仿真產(chǎn)品在氫能工程領(lǐng)域的應用。

“西門(mén)子在過(guò)程控制系統領(lǐng)域具有高質(zhì)量的產(chǎn)品與解決方案，且擁有豐富的數字化理念和實(shí)踐，是我們在研究和工程應用中值得信賴(lài)的合作伙伴。我們與西門(mén)子曾多次進(jìn)行數字化方案探討，并持續探索能夠拓展學(xué)生科研之路的數字化課程設計?！闭憬髮W(xué)能源工程學(xué)院副教授、博士生導師楊健表示，“這些嘗試將加速氫能技術(shù)的研發(fā)應用與數字化轉型，以實(shí)際行動(dòng)助力零碳未來(lái)?！?/p>

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(lǐng)域?；氐浆F實(shí)中的今天，在政策引導、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