“雙碳”目標(biāo)下，冶金行業(yè)作為高能耗、高排放的行業(yè)之一，面臨著前所未有的碳減排壓力，業(yè)內(nèi)亟需從高碳工藝向低碳工藝轉(zhuǎn)變，加大清潔低碳能源替代煤炭的應(yīng)用。其中，尤以鋼鐵行業(yè)為最，為實現(xiàn)近零排放，鋼鐵企業(yè)除了要積極采用低碳零碳燃料方案，還需加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型，提升整體能效和運營效率；同時，企業(yè)也必須結(jié)合利用諸如氫基煉鋼、鐵礦石電解，以及碳捕集、利用與封存（CCUS）等變革性技術(shù)，以達(dá)到高效脫碳。

 

氫能作為一種可制備、可運輸?shù)那鍧嵞茉?，通過可再生能源生產(chǎn)的綠氫（GH2），有助于構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系。當(dāng)前，我國正積極探索氫能在冶金、化工等工業(yè)領(lǐng)域替代化石能源的應(yīng)用空間。國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》提出，探索氫能冶金示范應(yīng)用，將作為“十四五”時期氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用示范工程之一。

 

向綠氫燃料轉(zhuǎn)型，無疑是推動煉鋼等“碳減排困難型”行業(yè)邁向碳中和的有效手段之一。然而，當(dāng)前我國氫能制備的原料以化石燃料為主，綠氫制備面臨生產(chǎn)成本高、專用基礎(chǔ)設(shè)施不全、能量損失較大等難題，在大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用方面仍有一定距離。施耐德電氣認(rèn)為，制氫企業(yè)需要全方位加強(qiáng)可再生能源的整合能力，以更低成本、更高效益且更大生產(chǎn)規(guī)模的綠氫制備，助力更多高能耗行業(yè)企業(yè)實施碳減排。在此過程中，綠氫工廠的數(shù)字化運營能力成為高質(zhì)量制氫的關(guān)鍵。

 

 

數(shù)字賦能，高效整合綠氫制備全流程

 

立足行業(yè)真實需求，施耐德電氣提供綠氫一體化設(shè)計與運營解決方案，以數(shù)字化手段幫助企業(yè)減少碳足跡、降低總資本和運營支出，并最大化提升綠氫整合效率。具體而言，主要從以下四個維度賦能綠氫工廠“設(shè)計工程施工到生產(chǎn)運營維護(hù)”全生命周期：

 

1. 集成設(shè)計與仿真模擬：綠氫制備是電力密集型的生產(chǎn)流程，其能源系統(tǒng)設(shè)計需具備對電力和過程的仿真建模能力。

 

依托施耐德電氣AVEVA Pro/II & Process Simulation工藝模擬仿真軟件和AVEVA E3D Design三維設(shè)計軟件，綠氫工廠可構(gòu)建以生產(chǎn)過程機(jī)理為基礎(chǔ)的工藝生產(chǎn)流程數(shù)字孿生，對多種設(shè)計和場景進(jìn)行集成建模，包括天氣、設(shè)備、流程、承購商需求波動和本地基礎(chǔ)設(shè)施（當(dāng)前和未來）等變量，通過模擬設(shè)備屬性和在線工藝行為，對設(shè)計、建設(shè)到生產(chǎn)的整體設(shè)計進(jìn)行尋優(yōu)，實現(xiàn)投資回報最大化和風(fēng)險最小化。其中，基于模擬仿真與工廠3D設(shè)計工具集成的數(shù)字孿生解決方案有助于：

 

實現(xiàn)各環(huán)節(jié)無縫過渡，縮減工程施工時長；

減少人為失誤，以及因其導(dǎo)致的返工風(fēng)險；

集成過程和電力設(shè)計，構(gòu)建一個工程數(shù)字孿生底座；

集成能源管理和過程模擬，實現(xiàn)過程設(shè)備端到端的耦合聯(lián)動及全面分析；

提升整體性能，并確保過程設(shè)備和配電設(shè)備之間的設(shè)計完整性。

 

在建造與交付階段，施耐德電氣提供涵蓋AVEVA ERM材料和施工管理系統(tǒng)、AVEVA AIM資產(chǎn)信息管理平臺（數(shù)字化交付）和AVEVA OTS操作員仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在內(nèi)的解決方案，幫助綠氫工廠搭建一個三維可視化的數(shù)字化工廠，為參與項目的設(shè)計院、施工方、設(shè)備供貨商、客戶建立一個跨組織協(xié)作、信息共享平臺，從而能夠在保證施工數(shù)據(jù)和交付數(shù)據(jù)質(zhì)量的同時，減少成本浪費并優(yōu)化操作工序。

 

2. 配電優(yōu)化：目前，成本過高是掣肘高能耗行業(yè)向綠色氫能燃料轉(zhuǎn)型的核心問題之一。根據(jù)《中國綠色氫能發(fā)展路線圖》，我國綠氫的生產(chǎn)成本介于33.9-42.9元/千克（4.92-6.23美元/千克）之間，若要替代煤制氫，其生產(chǎn)成本需降至6.8-12.1元/千克（0.99-1.76美元/千克）。千兆瓦級的綠氫項目作為高能耗行業(yè)實施碳減排的關(guān)鍵支撐，其當(dāng)前的首要任務(wù)是降低生產(chǎn)成本，并提高供給量，不斷提升綠氫應(yīng)用的市場覆蓋率。

 

借助施耐德電氣全新可擴(kuò)展的模塊化配電解決方案，綠氫工廠可有效降低綠氫的制備成本，盡可能縮小與媒制氫的成本差距。這些升級版電力架構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)化的緊湊型設(shè)備，能夠更好地幫助工廠強(qiáng)化自身的可擴(kuò)展性。而結(jié)合配電設(shè)計優(yōu)化工具以及模塊化的E-House預(yù)制式變電站等，工廠還能平穩(wěn)過渡到低成本且穩(wěn)健的配電方案。

 

此外，基于施耐德電氣ETAP電力系統(tǒng)仿真軟件和AVEVA工業(yè)軟件的組合，工廠可覆蓋綠氫耦合化工全流程，對可再生能源產(chǎn)電制氫用氫過程中的供能配電和工藝生產(chǎn)過程中的波動間歇性、安全連續(xù)性、可用性與經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行預(yù)測模擬，進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)價值，實現(xiàn)整體效益最大化。

 

3. 安全、高效的運營與維護(hù)（O&M）：氫氣是一種易燃易爆氣體，如果處理不當(dāng)，容易引起火災(zāi)、爆炸等嚴(yán)重后果。對工廠而言，制氫過程的安全性和穩(wěn)定性顯得尤為重要。因此，綠氫工廠需要將能源和過程管理系統(tǒng)與集成安全和網(wǎng)絡(luò)信息安全相結(jié)合。而該組合系統(tǒng)，還將高效集成施耐德電氣EcoStruxure Foxboro DCS分布式控制系統(tǒng)、安全儀表系統(tǒng)（SIS）和能源管理系統(tǒng)，配合數(shù)字孿生解決方案可在項目設(shè)計階段進(jìn)一步提升安全性，并有助于：

 

降低資本支出；

減少硬件設(shè)備需求；

縮短工程建造及功能測試時長；

盡可能減少調(diào)試需求；

集成控制平臺、預(yù)測性仿真和一體化運營、資產(chǎn)績效管理，以及網(wǎng)絡(luò)信息安全軟件等。

 

針對運營數(shù)據(jù)的利用，施耐德電氣還將為綠氫企業(yè)提供AVEVA PI System運營大數(shù)據(jù)管理平臺，對生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、挖掘和可視化，促進(jìn)云邊端融合，幫助企業(yè)優(yōu)化決策質(zhì)量。配合AVEVA Predictive Analytics 預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)、EcoStruxure PMA預(yù)測性維護(hù)顧問、APC先進(jìn)過程控制軟件等，可在有效增強(qiáng)設(shè)備可靠性和可用性、減少非計劃性停車的同時，提高電能利用效率。而通過集成各生產(chǎn)運營子系統(tǒng)數(shù)據(jù)而打造的AVEVA UOC一體化運營中心，還能助力企業(yè)打通信息孤島，提高管理效率，減少因信息不對稱造成的時間和成本浪費。

 

4. 咨詢先行，優(yōu)化生產(chǎn)用能：能源成本是工業(yè)企業(yè)繞不開的“大山”。企業(yè)生產(chǎn)用能策略是否穩(wěn)健、可靠，將影響其長期利潤。比如，在鋼鐵生產(chǎn)中，能源成本占比可達(dá)20-40%，而為了降低該成本，部分鋼鐵生產(chǎn)商正轉(zhuǎn)向低成本的可再生能源方案；有些則寄希望于簽署長期的電力采購協(xié)議（PPA），以鎖定其在較長時期內(nèi)固定的能源價格。

 

對制氫企業(yè)而言，借助合理優(yōu)質(zhì)的生產(chǎn)用能配置，可有效降低制氫成本，促進(jìn)綠氫能源的推廣。目前，越來越多企業(yè)正聯(lián)合成熟的咨詢機(jī)構(gòu)，通過量身定制的能源策略，優(yōu)化能源資源組合，并利用人工智能（AI）等前沿技術(shù)來預(yù)測生產(chǎn)用能消耗。施耐德電氣EcoStruxure Microgrid Advisor微網(wǎng)能源顧問（EMA）采用基于AI的獨有優(yōu)化控制算法，通過邊緣控制與互聯(lián)互通的設(shè)備實現(xiàn)控制指令和數(shù)據(jù)傳輸，可滿足市電接入、分布式能源（DER）和用能設(shè)備的多種調(diào)配需求；并根據(jù)實時電價、天氣數(shù)據(jù)及用電量，適時調(diào)整資源調(diào)配，讓廠區(qū)和園區(qū)實現(xiàn)從新能源發(fā)電端，到電能儲存、負(fù)荷用電需求的完美平衡，從而在各個維度為制氫企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)收益。

 

舉生態(tài)之力，共促高能耗行業(yè)綠色發(fā)展

 

以鋼鐵行業(yè)為代表的高能耗行業(yè)，正致力于通過數(shù)字化轉(zhuǎn)型，減少自身碳排放，這與施耐德電氣在可持續(xù)發(fā)展方面的核心戰(zhàn)略不謀而合。施耐德電氣在全球200多家工廠和物流中心均已完成數(shù)字化升級和轉(zhuǎn)型，這些減碳成果更是獲得了包括企業(yè)爵士（Corporate Knights）、世界經(jīng)濟(jì)論壇（World Economic Forum）等權(quán)威機(jī)構(gòu)在內(nèi)的高度認(rèn)可。

 

施耐德電氣依托“AVEVA + ETAP”雙擎，在助力綠氫企業(yè)實現(xiàn)“高級分析”和“柔性運營”雙效的同時，也將為煉鋼等高能耗企業(yè)提供先進(jìn)的數(shù)字化與可持續(xù)發(fā)展咨詢，以及軟硬件一體化、貫穿能源管理與自動化的整體解決方案，助力其提高工廠全生命周期的生產(chǎn)效率，并降低碳排放，推動高能耗行業(yè)的高效與可持續(xù)發(fā)展。

 

立足綠色氫能領(lǐng)域的行業(yè)需求，施耐德電氣將通過覆蓋與整合從新能源發(fā)電、綠氫生產(chǎn)車間到市電/綠電/微網(wǎng)鏈接，以及終端用戶的全流程、全生命周期解決方案，持續(xù)為綠氫行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈賦能，攜手客戶開辟綠色新路徑，一同邁向更加開放、高效與韌性、可持續(xù)和以人為本的未來工業(yè)。

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