氢能——会是人类寻寻觅觅的终极能源吗?
和其他能源相比，氢能储量大、污染小、效率高，其单位质量所蕴含的能量约是石油的3倍、煤炭的4.5倍，是被寄予无数厚望的“能源新星”。
2022年北京冬奥会期间，随着中国首台70兆帕撬装全集成加氢站现身河北张家口赛区的万全油氢电综合能源站，一辆又一辆氢燃料车从这里驶向街头、场馆。人们突然意识到：氢能，并非遥不可及。
六个“第一”背后的选择
作为冬奥会背景下的国家重点科技项目，中国首台70兆帕撬装全集成加氢站由中集安瑞科控股有限公司(安瑞科)开发，采用了西门子过程控制产品和解决方案。该产品甫一问世便吸引了全行业的瞩目，并在中国市场创下业内六个“第一”!
这是第一台多功能全集成加氢装置，集卸气、增压、控制、AI智能监控等诸多系统于一身;第一台满足国际上广泛认可的《地面车辆标准-轻型汽车氢燃料加注协议》中T40等级的70兆帕加注系统;第一台完成整机防爆认证的撬装加氢装置。此外，在撬装加氢装置领域，无论是多气源加氢、防爆冷水系统、一体化大屏幕应用，均实现了首次集成。对西门子而言，这也是其分布式控制系统SIMATIC PCS 7在加氢撬装集成设备上的第一次应用。
安瑞科是中国国际海运集装箱(集团)股份有限公司旗下的清洁能源装备先进智造龙头，此前与西门子已在液化天然气系统集成项目、河北雄安油气氢综合能源服务站等项目中累积了充分的默契与信任。
“70兆帕撬装全集成加氢站项目的重要性毋庸置疑，我们必须确保产品在各方面达到优中之优。” 安瑞科氢能事业部技术负责人张鹏娜介绍道，“安瑞科与西门子的合作由来已久。我们希望通过强强联合，为这场国际瞩目的体育盛会提供安全、绿色的能源保障，并在未来逐步赋予这一里程碑式产品更多应用场景，为中国‘双碳’目标的达成作出贡献。”
以简驭繁，直面高压挑战
氢能领域正进行着一场你追我赶的竞赛。以加氢站为例，业内一般具有35兆帕和70兆帕两种氢气加注能力。相比于35兆帕，70兆帕压缩氢气能量密度更高、加注效率更快、经济性能更好。以一辆普通氢燃料电池汽车为例，当加注压力为35兆帕时，可以行驶320公里;而当加注压力达到70兆帕时，续航里程可增至600余公里。
作为这场“竞赛”的有力参与者，安瑞科希望走出一条并无先例可循的道路，专注于打造标准化、系统化的撬装全集成加氢站，并且在实现其移动性的同时将加注压力提高至70兆帕。
控制系统如同加氢站的大脑，无疑是技术布局的重要环节。基于全集成自动化技术的过程控制系统SIMATIC PCS 7功能强大，具有高可靠性和灵活的可扩展性的特点，对加氢站进行了快速、精确的控制。工艺控制器负责启动按钮、压力传感器和温度传感器的信号连接，以及对隔膜压缩机、冷却风扇、循环水泵和阀门的控制;安全控制器则与急停信号检测模块、氢气泄露检测模块和火灾检测模块等进行连接。SIMATIC PCS 7凭借其独特的可扩展性、高可靠性和高灵活性，成为协助安瑞科通往目标的“助攻手”，保证了所有设备安全、稳定运行。
SIMATIC PCS 7模块化组态方法对效率的提高也大有助益，其高度的标准化使安瑞科在项目实施阶段节省了大量时间和成本，任务导向的操作界面和统一的状态报警功能则使交互操作更为便捷直观，提高了过程的运行效率并降低了运行维护成本。
在西门子看来，随着制氢项目的规模化发展，越来越多的氢能业主会选择对所有设备进行全集成自动化控制，从而实现项目的高效节能化运营。在这一趋势下，分布式集中控制系统的需求会随之提升，逐步在未来成为大型制氢项目的“标配”。SIMATIC PCS 7在70兆帕撬装全集成加氢站的应用将为此类产品的设计与配置起到示范作用。
西门子数字化工业集团过程自动化事业部控制系统产品总监顾清表示：“安瑞科的创新突破让行业看到了氢能应用的更多可能，我们非常骄傲西门子久经验证的分布式集中控制系统能应用其中，以简驭繁，助力绿色氢能走得更远、更稳。”
安全护航，“氢”车熟路
氢能虽然能力超强，但兼具扩散系数大、爆炸极限宽、点火温度低等特点，就像一个性情多变的天才。这种“秉性”只有善驭者才能收其益而杜其损。
作为冬奥会期间投用的户外移动大型设备，安全性无疑是其首要命题。氢能的“善驭者”安瑞科也不敢掉以轻心。常规而言，加氢站的主设备位于危险区1区，即正常作业时可能产生易爆气体与空气混合物的区域，控制系统则放置于安全区。撬装全集成加氢站采用一体化设计，只能整体置身于同一区域。这意味着西门子的控制系统需要在确保功能性的前提下，遵循前所未有的安全标准，不容半点闪失。
在北京低碳清洁能源研究院的参与下，安瑞科对西门子SIMATIC PCS 7过程控制系统采用了冗余设计，并将其安置于满足危险区1区标准的防爆箱体中。
SIMATIC PCS 7本身的安全优势十分突出，除了控制设备可以安装在危险区1区和2区，系统的成熟性和稳定性也能够最大程度地保证加氢站的安全运行。加氢站运行期间经常需要在不同压力点进行切换，撬装式全集成加氢站的管道设计相对较短，这就要求控制系统要在速度切换时做到“谨小慎微”，否则会影响压力稳定性，产生安全隐患，控制系统的高速运算能力和快速响应时间完全满足了这一应用。强大的通信能力可以对AI智能监控、冷却、加注等集成系统进行大批量数据采集并上传到云端，工业信息安全技术为云端数据的稳定性与完备性提供了保障。
“西门子SIMATIC PCS 7是一款市场美誉度很高的产品，许多客户得知我们使用了SIMATIC PCS 7后都对其安全性和功能性表示了认可。”张鹏娜表示。
氢能时代，心中有“数”
不久前，安瑞科70兆帕撬装全集成加氢站在万全油氢电综合能源站顺利通过加氢性能考核：55分钟内加注了1辆氢燃料电池客车，平均加氢能力为26.92公斤/小时，高于20公斤/小时的设计加氢能力。这意味着加注满一辆小型氢燃料电池汽车仅需不到15分钟，相较于锂电池充电，已是“速度喜人”。
安瑞科和西门子的氢能之旅也在继续携手“迎风远航”，除了为中国石化扬子石油化工有限公司建设中的加氢站项目以外，还与浙江大学能源工程学院开启了氢能数字化的产学研之路。浙江大学能源工程学院在数字化设计、智能控制方法和安全性等领域学术积淀深厚，三方计划从明年杭州亚运会期间的加氢站项目入手展开合作，并在未来将合作拓展到西门子工控仿真产品在氢能工程领域的应用。
“西门子在过程控制系统领域具有高质量的产品与解决方案，且拥有丰富的数字化理念和实践，是我们在研究和工程应用中值得信赖的合作伙伴。我们与西门子曾多次进行数字化方案探讨，并持续探索能够拓展学生科研之路的数字化课程设计。” 浙江大学能源工程学院副教授、博士生导师杨健表示，“这些尝试将加速氢能技术的研发应用与数字化转型，以实际行动助力零碳未来。”
电影《流浪地球》的故事背景下，在2075年，氢能将被广泛应用于交通、工业、化工等诸多领域。回到现实中的今天，在政策引导、产业联动、技术赋能的大背景下，全面的“氢”装上阵是否提前到来，让我们拭目以待。
（西门子）
