智能化制氫:PLC 在制氫環(huán)節(jié)中的智能控制技術(shù)應(yīng)用

文:傳動(dòng)網(wǎng)2024年第一期

導(dǎo)語:近年來,氫能作為一種清潔能源備受矚目。因其燃燒 過程中只產(chǎn)生水,幾乎不產(chǎn)生任何污染物,被廣泛認(rèn)為是 能源轉(zhuǎn)型的不二之選。同時(shí)氫能產(chǎn)業(yè)也正逐漸嶄露頭角, 成為未來能源轉(zhuǎn)型的熱門話題。

       近年來,氫能作為一種清潔能源備受矚目。因其燃燒 過程中只產(chǎn)生水,幾乎不產(chǎn)生任何污染物,被廣泛認(rèn)為是 能源轉(zhuǎn)型的不二之選。同時(shí)氫能產(chǎn)業(yè)也正逐漸嶄露頭角, 成為未來能源轉(zhuǎn)型的熱門話題。截至2022年底,中國各地 方政府發(fā)布?xì)淠苷叱?00項(xiàng),政策類型多方面,支持方向 以氫能交通應(yīng)用向跨行業(yè)耦合應(yīng)用場(chǎng)景拓展。與此同時(shí), 企業(yè)也積極行動(dòng)起來。當(dāng)前,已有超過三分之一的中央企 業(yè)在氫能產(chǎn)業(yè)鏈上布局發(fā)展,覆蓋了煤炭、電力、石油天 然氣、核能等各個(gè)重要的能源領(lǐng)域。

  1 氫能自動(dòng)化生產(chǎn)環(huán)節(jié)

  首先,氫能產(chǎn)業(yè)的主要環(huán)節(jié)包括上游制氫、中游儲(chǔ)運(yùn) 和下游應(yīng)用(見圖1),與其他行業(yè)一樣,考慮到操作風(fēng) 險(xiǎn)、生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量等因素,氫能產(chǎn)業(yè)一 些環(huán)節(jié)需要依靠自動(dòng)化來進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)。

  據(jù)MIR DATABANK數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),近年在氫能產(chǎn)業(yè)使 用的的自動(dòng)化產(chǎn)品中,PLC產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)呈上漲趨勢(shì), 并保持較高的速度增長(zhǎng),表現(xiàn)較為亮眼(見圖2、圖3)。 未來隨著氫能產(chǎn)業(yè)的高速增長(zhǎng),PLC在其領(lǐng)域的發(fā)展具有無 限可能。

  (1)上游制氫

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  在制氫環(huán)節(jié)中,想要將氫能轉(zhuǎn)變?yōu)榭煽?、高效的能?形式,需要有一種可靠的控制系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)其各個(gè)環(huán)節(jié)。在 這個(gè)關(guān)鍵角色中,PLC(可編程邏輯控制器)正發(fā)揮著越來 越重要的作用(圖4)。

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  在制氫廠房中目前控制系統(tǒng)主要使用PLC。其中, 一套 制氫系統(tǒng)配一套PLC, 一套制氫系統(tǒng)中,可能會(huì)有1個(gè)或多 個(gè)電解槽; 一個(gè)廠房中一般是一套制氫系統(tǒng),也可能會(huì)有 多套制氫系統(tǒng)。

  在氫能產(chǎn)業(yè)中,自動(dòng)化核心產(chǎn)品PLC的需求主要以小型 PLC為主,控制點(diǎn)位在200個(gè)I/O點(diǎn)位以下,主要是工藝流程較少,需要控制的點(diǎn)位較少;

  但是制氫涉及到化學(xué)反應(yīng),需 要大量的儀器儀表進(jìn)行監(jiān)測(cè), 所以對(duì)各種氣體監(jiān)測(cè)儀表需求 較多;目前制氫環(huán)節(jié)不需要使 用伺服電機(jī)。

  (2)下游加氫站

  加氫站是氫燃料電池產(chǎn)業(yè) 化、商業(yè)化的重要基礎(chǔ)設(shè)施, 主要通過將不同來源的氫氣通過 壓縮機(jī)增壓儲(chǔ)存在站內(nèi)的高壓罐 中,再通過加氣機(jī)為氫燃料電池 汽車加注氫氣的燃?xì)庹?。加氫?是將氫氣供給到下游使用的核心 途徑,從技術(shù)路線來看主要分為 站內(nèi)制氫和站外供氫(見圖5)。

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  為了提升加氫站的整體運(yùn)營(yíng)效率、改進(jìn)設(shè)備選型、預(yù)警安全等問題,加氫站控制系統(tǒng) 應(yīng)運(yùn)而生。上位機(jī)電腦及可編程序控制器(PLC) 能夠檢測(cè) 和控制整個(gè)運(yùn)行過程、緊急故障和設(shè)備啟動(dòng)、自動(dòng)動(dòng)態(tài)檢 測(cè)、自動(dòng)停止到壓縮機(jī)工作狀態(tài),并能顯示液壓系統(tǒng)壓力 和溫度、氣體壓縮系統(tǒng)進(jìn)氣及中高排氣壓力數(shù)據(jù)。

  2 自動(dòng)化廠商與氫能廠商“雙向奔赴”

  氫能產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展令自動(dòng)化廠商發(fā)現(xiàn)了新下游商 機(jī),開始推進(jìn)與氫能產(chǎn)業(yè)鏈廠家的深度合作,同時(shí)氫能廠 商無論是在上游制氫、中游儲(chǔ)運(yùn)和下游應(yīng)用等環(huán)節(jié),都離 不開自動(dòng)化廠商提供的設(shè)備,為保證生產(chǎn)效率和成本穩(wěn) 定,自然而然也增加了與自動(dòng)化廠商的合作以及一定的人 才引進(jìn)。

  (1)自動(dòng)化廠商在氫能領(lǐng)域的布局

  氫能設(shè)備自動(dòng)化的應(yīng)用范圍非常廣泛,包括氫能發(fā)電 設(shè)備、氫能儲(chǔ)能設(shè)備、氫能燃料電池車等。隨著氫能技術(shù) 的不斷發(fā)展,氫能設(shè)備自動(dòng)化將會(huì)越來越普及,成為氫能 產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支撐。

  氫能設(shè)備自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

  ? 提高生產(chǎn)效率:自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)氫能設(shè)備的 自動(dòng)化生產(chǎn),減少人工干預(yù),提高生產(chǎn)效率;

  ? 提高生產(chǎn)質(zhì)量:自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)氫能設(shè)備的 自動(dòng)化檢測(cè)和調(diào)整,保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性;

  ? 降低生產(chǎn)成本:自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以減少人工干預(yù),降低生產(chǎn)成本;

  ? 提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力:氫能設(shè)備自動(dòng)化可以提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本,提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

  (2)氫能企業(yè)自動(dòng)化設(shè)備使用上的人才招攬

  氫能廠商在PLC布局上,會(huì)注重提供先進(jìn)的技術(shù)能力和 專業(yè)知識(shí)。氫能廠商會(huì)雇傭PLC專家或團(tuán)隊(duì),以確保能夠設(shè) 計(jì)、部署和維護(hù)高效可靠的PLC控制系統(tǒng)。這包括熟悉不同 PLC品牌和型號(hào)、掌握PLC編程和調(diào)試技術(shù)等方面的能力。

  一些氫能公司紛紛招聘PLC人才,用于設(shè)計(jì)、部署和 維護(hù)PLC控制系統(tǒng),以確保氫能生產(chǎn)的高效運(yùn)行。這不僅為 PLC專業(yè)人才提供了就業(yè)機(jī)會(huì),也為PLC技術(shù)的研發(fā)和創(chuàng)新 提供了新的需求和動(dòng)力。

  (3)氫能產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化才能合作共贏

  除了人才招攬和技術(shù)研發(fā)外,許多氫能公司與自動(dòng)化 公司進(jìn)行商業(yè)上的以及技術(shù)上的合作(見圖6) ,主要是為 了促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)合作,以便氫能公司提高生產(chǎn)規(guī)模和 產(chǎn)能,滿足不斷增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求,增加產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力,從而擴(kuò) 大市場(chǎng)份額。

  氫能廠商會(huì)與專門從事自動(dòng)化控制和PLC系統(tǒng)集成的公 司建立合作伙伴關(guān)系。通過與這樣的合作伙伴合作,氫能廠商可以利用其專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),從而實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)的高效和 可靠運(yùn)行。

  另外,氫能廠商也會(huì)通過投入資金和資源,參與相關(guān) 研發(fā)項(xiàng)目,與PLC供應(yīng)商合作推動(dòng)新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用, 從 而進(jìn)行PLC技術(shù)創(chuàng)新和改進(jìn)。這也有利于不斷提升PLC系統(tǒng) 在氫能產(chǎn)業(yè)中的性能和效果。

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  3 小結(jié)

  總的來說,PLC作為自動(dòng)化控制的核心技術(shù),對(duì)氫能 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的推動(dòng)作用。通過PLC技術(shù)的應(yīng)用, 氫 能公司可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化和智能化,提高生產(chǎn)效 率, 降低生產(chǎn)成本, 同時(shí)也保證產(chǎn)品質(zhì)量和安全性。PLC系 統(tǒng)可以與氫燃料電池模塊、氫氣壓縮機(jī)等設(shè)備進(jìn)行集成, 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障診斷和自動(dòng)控制,有效提升生產(chǎn)的穩(wěn) 定性和可靠性。

  此外,氫能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展有望成為PLC下游市場(chǎng)的 新增長(zhǎng)點(diǎn),通過政策支持、技術(shù)突破和日益增長(zhǎng)的應(yīng)用領(lǐng) 域,全球氫能市場(chǎng)的規(guī)模有望繼續(xù)擴(kuò)大。

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