智能化制氢:PLC 在制氢环节中的智能控制技术应用

文:传动网2024年第一期

       近年来,氢能作为一种清洁能源备受瞩目。因其燃烧 过程中只产生水,几乎不产生任何污染物,被广泛认为是 能源转型的不二之选。同时氢能产业也正逐渐崭露头角, 成为未来能源转型的热门话题。截至2022年底,中国各地 方政府发布氢能政策超300项,政策类型多方面,支持方向 以氢能交通应用向跨行业耦合应用场景拓展。与此同时, 企业也积极行动起来。当前,已有超过三分之一的中央企 业在氢能产业链上布局发展,覆盖了煤炭、电力、石油天 然气、核能等各个重要的能源领域。

  1 氢能自动化生产环节

  首先,氢能产业的主要环节包括上游制氢、中游储运 和下游应用(见图1),与其他行业一样,考虑到操作风 险、生产成本、生产效率和生产质量等因素,氢能产业一 些环节需要依靠自动化来进行生产作业。

  据MIR DATABANK数据统计发现,近年在氢能产业使 用的的自动化产品中,PLC产品市场规模持续呈上涨趋势, 并保持较高的速度增长,表现较为亮眼(见图2、图3)。 未来随着氢能产业的高速增长,PLC在其领域的发展具有无 限可能。

  (1)上游制氢

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  在制氢环节中,想要将氢能转变为可靠、高效的能源 形式,需要有一种可靠的控制系统来驱动其各个环节。在 这个关键角色中,PLC(可编程逻辑控制器)正发挥着越来 越重要的作用(图4)。

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  在制氢厂房中目前控制系统主要使用PLC。其中, 一套 制氢系统配一套PLC, 一套制氢系统中,可能会有1个或多 个电解槽; 一个厂房中一般是一套制氢系统,也可能会有 多套制氢系统。

  在氢能产业中,自动化核心产品PLC的需求主要以小型 PLC为主,控制点位在200个I/O点位以下,主要是工艺流程较少,需要控制的点位较少;

  但是制氢涉及到化学反应,需 要大量的仪器仪表进行监测, 所以对各种气体监测仪表需求 较多;目前制氢环节不需要使 用伺服电机。

  (2)下游加氢站

  加氢站是氢燃料电池产业 化、商业化的重要基础设施, 主要通过将不同来源的氢气通过 压缩机增压储存在站内的高压罐 中,再通过加气机为氢燃料电池 汽车加注氢气的燃气站。加氢站 是将氢气供给到下游使用的核心 途径,从技术路线来看主要分为 站内制氢和站外供氢(见图5)。

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  为了提升加氢站的整体运营效率、改进设备选型、预警安全等问题,加氢站控制系统 应运而生。上位机电脑及可编程序控制器(PLC) 能够检测 和控制整个运行过程、紧急故障和设备启动、自动动态检 测、自动停止到压缩机工作状态,并能显示液压系统压力 和温度、气体压缩系统进气及中高排气压力数据。

  2 自动化厂商与氢能厂商“双向奔赴”

  氢能产业的蓬勃发展令自动化厂商发现了新下游商 机,开始推进与氢能产业链厂家的深度合作,同时氢能厂 商无论是在上游制氢、中游储运和下游应用等环节,都离 不开自动化厂商提供的设备,为保证生产效率和成本稳 定,自然而然也增加了与自动化厂商的合作以及一定的人 才引进。

  (1)自动化厂商在氢能领域的布局

  氢能设备自动化的应用范围非常广泛,包括氢能发电 设备、氢能储能设备、氢能燃料电池车等。随着氢能技术 的不断发展,氢能设备自动化将会越来越普及,成为氢能 产业发展的重要支撑。

  氢能设备自动化的优势主要体现在以下几个方面:

  • 提高生产效率:自动化控制系统可以实现氢能设备的 自动化生产,减少人工干预,提高生产效率;

  • 提高生产质量:自动化控制系统可以实现氢能设备的 自动化检测和调整,保证产品的质量稳定性;

  • 降低生产成本:自动化控制系统可以减少人工干预,降低生产成本;

  • 提高企业竞争力:氢能设备自动化可以提高生产效率和质量,降低生产成本,提高企业的竞争力。

  (2)氢能企业自动化设备使用上的人才招揽

  氢能厂商在PLC布局上,会注重提供先进的技术能力和 专业知识。氢能厂商会雇佣PLC专家或团队,以确保能够设 计、部署和维护高效可靠的PLC控制系统。这包括熟悉不同 PLC品牌和型号、掌握PLC编程和调试技术等方面的能力。

  一些氢能公司纷纷招聘PLC人才,用于设计、部署和 维护PLC控制系统,以确保氢能生产的高效运行。这不仅为 PLC专业人才提供了就业机会,也为PLC技术的研发和创新 提供了新的需求和动力。

  (3)氢能产业自动化才能合作共赢

  除了人才招揽和技术研发外,许多氢能公司与自动化 公司进行商业上的以及技术上的合作(见图6) ,主要是为 了促进技术创新和研发合作,以便氢能公司提高生产规模和 产能,满足不断增长的市场需求,增加产品竞争力,从而扩 大市场份额。

  氢能厂商会与专门从事自动化控制和PLC系统集成的公 司建立合作伙伴关系。通过与这样的合作伙伴合作,氢能厂商可以利用其专业知识和经验,从而实现PLC系统的高效和 可靠运行。

  另外,氢能厂商也会通过投入资金和资源,参与相关 研发项目,与PLC供应商合作推动新技术的研发和应用, 从 而进行PLC技术创新和改进。这也有利于不断提升PLC系统 在氢能产业中的性能和效果。

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  3 小结

  总的来说,PLC作为自动化控制的核心技术,对氢能 产业的发展具有重要的推动作用。通过PLC技术的应用, 氢 能公司可以实现生产过程的自动化和智能化,提高生产效 率, 降低生产成本, 同时也保证产品质量和安全性。PLC系 统可以与氢燃料电池模块、氢气压缩机等设备进行集成, 实现远程监控、故障诊断和自动控制,有效提升生产的稳 定性和可靠性。

  此外,氢能产业的快速发展有望成为PLC下游市场的 新增长点,通过政策支持、技术突破和日益增长的应用领 域,全球氢能市场的规模有望继续扩大。

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