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★西門子（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，是被寄予無數厚望的“能源新星”。

2022年北京冬奧會期間，隨著中國首臺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、場館。人們突然意識到：氫能，并非遙不可及。

六個“第一”

作為冬奧會背景下的國家重點科技項目，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）開發，采用了西門子過程控制產品和解決方案。該產品甫一問世便吸引了全行業的矚目，并在中國市場創下業內六個“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；第一臺滿足國際上廣泛認可的《地面車輛標準-輕型汽車氫燃料加注協議》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，在撬裝加氫裝置領域，無論是多氣源加氫、防爆冷水系統、一體化大屏幕應用，均實現了首次集成。對西門子而言，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。

以簡馭繁，直面高壓挑戰

氫能領域正進行著一場你追我趕的競賽。以加氫站為例，業內一般具有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、經濟性能更好。以一輛普通氫燃料電池汽車為例，當加注壓力為35兆帕時，可以行駛320公里；而當加注壓力達到70兆帕時，續航里程可增至600余公里。

作為這場“競賽”的有力參與者，安瑞科希望走出一條并無先例可循的道路，專注于打造標準化、系統化的撬裝全集成加氫站，并且在實現其移動性的同時將加注壓力提高至70兆帕。

控制系統如同加氫站的大腦，無疑是技術布局的重要環節。基于全集成自動化技術的過程控制系統SIMATICPCS7功能強大，具有高可靠性和靈活的可擴展性的特點，對加氫站進行了快速、精確地控制。工藝控制器負責啟動按鈕、壓力傳感器和溫度傳感器的信號連接，以及對隔膜壓縮機、冷卻風扇、循環水泵和閥門的控制；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施階段節省了大量時間和成本，任務導向的操作界面和統一的狀態報警功能則使交互操作更為便捷直觀，提高了過程的運行效率并降低了運行維護成本。

在西門子看來，隨著制氫項目的規模化發展，越來越多的氫能業主會選擇對所有設備進行全集成自動化控制，從而實現項目的高效節能化運營。在這一趨勢下，分布式集中控制系統的需求會隨之提升，逐步在未來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產品的設計與配置起到示范作用。

西門子數字化工業集團過程自動化事業部控制系統產品總監顧清表示：“安瑞科的創新突破讓行業看到了氫能應用的更多可能，我們非常驕傲西門子久經驗證的分布式集中控制系統能應用其中，以簡馭繁，助力綠色氫能走得更遠、更穩。”

應用西門子SIMATICPCS7的加氫設備

安全護航，“氫”車熟路

氫能雖然能力超強，但兼具擴散系數大、爆炸極限寬、點火溫度低等特點，就像一個性情多變的天才。這種“秉性”只有善馭者才能收其益而杜其損。

作為冬奧會期間投用的戶外移動大型設備，安全性無疑是其首要命題。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，即正常作業時可能產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。這意味著西門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，不容半點閃失。

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

SIMATICPCS7本身的安全優勢十分突出，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。加氫站運行期間經常需要在不同壓力點進行切換，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做到“謹小慎微”，否則會影響壓力穩定性，產生安全隱患，控制系統的高速運算能力和快速響應時間完全滿足了這一應用。強大的通信能力可以對AI智能監控、冷卻、加注等集成系統進行大批量數據采集并上傳到云端，工業信息安全技術為云端數據的穩定性與完備性提供了保障。

“西門子SIMATICPCS7是一款市場美譽度很高的產品，許多客戶得知我們使用了SIMATICPCS7后都對其安全性和功能性表示了認可。”張鵬娜表示。

氫能時代，心中有“數”

不久前，安瑞科70兆帕撬裝全集成加氫站在萬全油氫電綜合能源站順利通過加氫性能考核：55分鐘內加注了1輛氫燃料電池客車，平均加氫能力為26.92公斤/小時，高于20公斤/小時的設計加氫能力。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攜手“迎風遠航”，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，還與浙江大學能源工程學院開啟了氫能數字化的產學研之路。浙江大學能源工程學院在數字化設計、智能控制方法和安全性等領域學術積淀深厚，三方計劃從明年杭州亞運會期間的加氫站項目入手展開合作，并在未來將合作拓展到西門子工控仿真產品在氫能工程領域的應用。

“西門子在過程控制系統領域具有高質量的產品與解決方案，且擁有豐富的數字化理念和實踐，是我們在研究和工程應用中值得信賴的合作伙伴。我們與西門子曾多次進行數字化方案探討，并持續探索能夠拓展學生科研之路的數字化課程設計。”浙江大學能源工程學院副教授、博士生導師楊健表示，“這些嘗試將加速氫能技術的研發應用與數字化轉型，以實際行動助力零碳未來。”

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、化工等諸多領域。回到現實中的今天，在政策引導、產業聯動、技術賦能的大背景下，全面的“氫”裝上陣是否提前到來，讓我們拭目以待。

摘自《自動化博覽》2022年10月刊