ABB：用技术解决氢价值链的关键挑战

ABB 2023-10-31

ABB为氢气生产厂创建数字孪生，涵盖项目的整个生命周期，包括规划、执行和运营阶段，从而帮助优化性能、降低风险并提高安全性。

实现净零排放目标需要扩大可再生能源比例，并应用一系列技术和解决方案。氢具有清洁、高效的特点，有潜力成为广泛使用的燃料。此外，它还是一种能量载体，可以进行中长期储存、运输、并转化为其他化合物或合成燃料。氢是不同衍生物的载体。然而，氢能的规模化发展仍面临诸多挑战，以下是ABB利用自身技术推动氢能发展的简单介绍：

用数字孪生创造真实的工厂过程环境

氢气即使在低浓度下也具有高度易燃性，且由于氢气的特性，在空气中燃烧呈现出淡蓝色火焰，在自然环境下几乎无法用肉眼看到。在氢被作为燃料或能量载体使用前，需要确保其生产和运输的安全性。

ABB为氢气生产厂创建数字孪生，涵盖项目的整个生命周期，包括规划、执行和运营阶段，从而帮助优化性能、降低风险并提高安全性。ABB Process Power Simulator（PPSim）与过程模型和模拟控制系统集成，创建一个真实的工厂过程的动态行为，这有助于生产商在规划阶段优化各种配置。重要的是，它创造了一个真实环境，使操作人员可以在真实的工艺和电力条件和场景下观察设备的行为。这让工厂操作人员获得宝贵的“亲身体验”，类似于飞行员在飞行模拟器上接受培训。他们可以看到系统在正常运行中对不同电力输入情景的响应，并在模拟器上学习如何应对紧急情况，如泄漏或火灾，并且系统还将生成潜在结果的额外预测。尤其在新兴行业中，这是操作人员安全获得信心和经验的理想方式。

Storage tank of liquid chemical and petrochemical product tank, Aerial view at night

准确计算氢气工厂规模以降低成本

生产绿色氢气的成本可能比生产灰色氢气高出四到五倍。虽然它是一种零碳排放燃料，但如果绿色氢气的成本如此之高，它在价值链中的竞争力就大大降低。利用技术，通过优化生产厂的规模来降低氢气的生命周期成本，同时最大限度地利用可再生能源。

如果将氢气的生命周期成本分解来看，大约14%的成本来自于建设项目的资本支出成本，约69%来自于电力成本。ABB开发了HPP（氢气生产工厂）规模化分析工具，这是一种基于Web的软件，通过在规划阶段考虑最佳运营模式来全面优化氢气生产工厂的规模。为了降低氢气的生命周期成本，准确计算氢气生产工厂的规模并将能源管理系统作为流程设计的一部分至关重要。我们的工具可以运行不同的场景，包括储存、电解槽类型和电源输入类型。它用户友好，并提供图形概览，让客户在所提议的工厂的数字孪生中构建、操作和比较不同的场景。

虽然绿色氢气是最终目标，但我们知道，在能源转型的过程中，氢气生产将增加可再生能源的比例，并减少来自电网的能源。通过在规划阶段优化工厂，生产商将能够为低碳氢气生产调整工厂规模，并提高在氢气价值链中的竞争力。

平衡供需以提高效率

电解槽的效率正在迅速提高，但对于大多数生产商来说，仍然存在多种能源输入的混合。为了能够转向绿色氢气，生产商必须具备管理和优化来自多个可再生能源的能力。ABB AbilityTM Energy Management OPTIMAX是一种专门为支持绿色氢气生产而设计的能源管理软件，于2022年推出。该软件提高了高能耗电解槽的效率，并确保来自多种电源（如风能、太阳能和电网）的输入的顺畅集成。它通过实时监控氢气生产商整个操作过程中的能源消耗，帮助降低成本。降低绿色氢气的成本至关重要。全球行业倡导组织Green Hydrogen Catapult估计，到2050年，我们需要将燃料产量提高50倍，并且成本必须降低50%。

ABB的OPTIMAX不仅处理生产方面，还分析原料和需求方面。除了实时需求外，它还可以进行日内预测，使操作人员能够根据ABB OPTIMAX计划他们的生产和消耗。根据ABB的估算， OPTIMAX能源管理系统可以帮助将工厂的运营支出全生命周期成本降低多达20%，并实现更多的可再生能源输入。

对电解槽的支持

ABB并不制造电解槽，但我们在确保氢气生产安全、可靠和高效运行所必需的其他设备方面，即在“电厂辅助设施（Balance of plant）”领域具备深厚的专业知识。

项目初期的设计和计算规模是低碳或绿色氢气项目的关键。集成解决方案贯穿应用于资本投资（CAPEX）到运营投资（OPEX）的整个价值链，开始于规划阶段的规模计算。作为一家集成解决方案提供商，ABB提供自动化和控制系统、电气架构、整流器、电机和驱动器、智能开关设备、电力管理系统等。在自动化领域，涉及安全系统、电气控制系统、智能现场仪表和分析仪器、通信系统等。

任何氢气工厂的成功运营都离不开高效的能源和过程管理，而这正是ABB OPTIMAX和其他ABB Ability解决方案的价值所在。ABB Ability解决方案支持远程操作和数字化、生产和能源优化以及服务和资产管理，能够帮助氢气生产提升运营安全性、效率并降低成本。

文章内容来源ABB，责任编辑：胡静，审核人：李峥