智能化制氫:PLC 在制氫環節中的智能控制技術應用

文:傳動網2024年第一期

導語:近年來,氫能作為一種清潔能源備受矚目。因其燃燒 過程中只產生水,幾乎不產生任何污染物,被廣泛認為是 能源轉型的不二之選。同時氫能產業也正逐漸嶄露頭角, 成為未來能源轉型的熱門話題。

       近年來,氫能作為一種清潔能源備受矚目。因其燃燒 過程中只產生水,幾乎不產生任何污染物,被廣泛認為是 能源轉型的不二之選。同時氫能產業也正逐漸嶄露頭角, 成為未來能源轉型的熱門話題。截至2022年底,中國各地 方政府發布氫能政策超300項,政策類型多方面,支持方向 以氫能交通應用向跨行業耦合應用場景拓展。與此同時, 企業也積極行動起來。當前,已有超過三分之一的中央企 業在氫能產業鏈上布局發展,覆蓋了煤炭、電力、石油天 然氣、核能等各個重要的能源領域。

  1 氫能自動化生產環節

  首先,氫能產業的主要環節包括上游制氫、中游儲運 和下游應用(見圖1),與其他行業一樣,考慮到操作風 險、生產成本、生產效率和生產質量等因素,氫能產業一 些環節需要依靠自動化來進行生產作業。

  據MIR DATABANK數據統計發現,近年在氫能產業使 用的的自動化產品中,PLC產品市場規模持續呈上漲趨勢, 并保持較高的速度增長,表現較為亮眼(見圖2、圖3)。 未來隨著氫能產業的高速增長,PLC在其領域的發展具有無 限可能。

  (1)上游制氫

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  在制氫環節中,想要將氫能轉變為可靠、高效的能源 形式,需要有一種可靠的控制系統來驅動其各個環節。在 這個關鍵角色中,PLC(可編程邏輯控制器)正發揮著越來 越重要的作用(圖4)。

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  在制氫廠房中目前控制系統主要使用PLC。其中, 一套 制氫系統配一套PLC, 一套制氫系統中,可能會有1個或多 個電解槽; 一個廠房中一般是一套制氫系統,也可能會有 多套制氫系統。

  在氫能產業中,自動化核心產品PLC的需求主要以小型 PLC為主,控制點位在200個I/O點位以下,主要是工藝流程較少,需要控制的點位較少;

  但是制氫涉及到化學反應,需 要大量的儀器儀表進行監測, 所以對各種氣體監測儀表需求 較多;目前制氫環節不需要使 用伺服電機。

  (2)下游加氫站

  加氫站是氫燃料電池產業 化、商業化的重要基礎設施, 主要通過將不同來源的氫氣通過 壓縮機增壓儲存在站內的高壓罐 中,再通過加氣機為氫燃料電池 汽車加注氫氣的燃氣站。加氫站 是將氫氣供給到下游使用的核心 途徑,從技術路線來看主要分為 站內制氫和站外供氫(見圖5)。

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  為了提升加氫站的整體運營效率、改進設備選型、預警安全等問題,加氫站控制系統 應運而生。上位機電腦及可編程序控制器(PLC) 能夠檢測 和控制整個運行過程、緊急故障和設備啟動、自動動態檢 測、自動停止到壓縮機工作狀態,并能顯示液壓系統壓力 和溫度、氣體壓縮系統進氣及中高排氣壓力數據。

  2 自動化廠商與氫能廠商“雙向奔赴”

  氫能產業的蓬勃發展令自動化廠商發現了新下游商 機,開始推進與氫能產業鏈廠家的深度合作,同時氫能廠 商無論是在上游制氫、中游儲運和下游應用等環節,都離 不開自動化廠商提供的設備,為保證生產效率和成本穩 定,自然而然也增加了與自動化廠商的合作以及一定的人 才引進。

  (1)自動化廠商在氫能領域的布局

  氫能設備自動化的應用范圍非常廣泛,包括氫能發電 設備、氫能儲能設備、氫能燃料電池車等。隨著氫能技術 的不斷發展,氫能設備自動化將會越來越普及,成為氫能 產業發展的重要支撐。

  氫能設備自動化的優勢主要體現在以下幾個方面:

  ? 提高生產效率:自動化控制系統可以實現氫能設備的 自動化生產,減少人工干預,提高生產效率;

  ? 提高生產質量:自動化控制系統可以實現氫能設備的 自動化檢測和調整,保證產品的質量穩定性;

  ? 降低生產成本:自動化控制系統可以減少人工干預,降低生產成本;

  ? 提高企業競爭力:氫能設備自動化可以提高生產效率和質量,降低生產成本,提高企業的競爭力。

  (2)氫能企業自動化設備使用上的人才招攬

  氫能廠商在PLC布局上,會注重提供先進的技術能力和 專業知識。氫能廠商會雇傭PLC專家或團隊,以確保能夠設 計、部署和維護高效可靠的PLC控制系統。這包括熟悉不同 PLC品牌和型號、掌握PLC編程和調試技術等方面的能力。

  一些氫能公司紛紛招聘PLC人才,用于設計、部署和 維護PLC控制系統,以確保氫能生產的高效運行。這不僅為 PLC專業人才提供了就業機會,也為PLC技術的研發和創新 提供了新的需求和動力。

  (3)氫能產業自動化才能合作共贏

  除了人才招攬和技術研發外,許多氫能公司與自動化 公司進行商業上的以及技術上的合作(見圖6) ,主要是為 了促進技術創新和研發合作,以便氫能公司提高生產規模和 產能,滿足不斷增長的市場需求,增加產品競爭力,從而擴 大市場份額。

  氫能廠商會與專門從事自動化控制和PLC系統集成的公 司建立合作伙伴關系。通過與這樣的合作伙伴合作,氫能廠商可以利用其專業知識和經驗,從而實現PLC系統的高效和 可靠運行。

  另外,氫能廠商也會通過投入資金和資源,參與相關 研發項目,與PLC供應商合作推動新技術的研發和應用, 從 而進行PLC技術創新和改進。這也有利于不斷提升PLC系統 在氫能產業中的性能和效果。

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  3 小結

  總的來說,PLC作為自動化控制的核心技術,對氫能 產業的發展具有重要的推動作用。通過PLC技術的應用, 氫 能公司可以實現生產過程的自動化和智能化,提高生產效 率, 降低生產成本, 同時也保證產品質量和安全性。PLC系 統可以與氫燃料電池模塊、氫氣壓縮機等設備進行集成, 實現遠程監控、故障診斷和自動控制,有效提升生產的穩 定性和可靠性。

  此外,氫能產業的快速發展有望成為PLC下游市場的 新增長點,通過政策支持、技術突破和日益增長的應用領 域,全球氫能市場的規模有望繼續擴大。

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