太陽(yáng)能、風(fēng)能和水能等可再生能源的發(fā)電量占比正不斷攀升。為了確保可再生能源得到最大程度的高效利用，即便是在能源供應(yīng)過(guò)剩的情況下，充足的儲(chǔ)能方案亦是不可或缺的，例如吉?jiǎng)P恩氫能公司提供的一種特別緊湊且安全的解決方案，即配備了倍?；?PC 的控制技術(shù)的低壓金屬氫化物儲(chǔ)氫系統(tǒng)。

　　“若缺乏長(zhǎng)期穩(wěn)定的可持續(xù)能源儲(chǔ)存方案，能源轉(zhuǎn)型之路將難以前行。”來(lái)自意大利法爾澤斯（Pfalzen）的吉?jiǎng)P恩氫能公司的首席技術(shù)官 Gottfried Rier 說(shuō)道。他進(jìn)一步指出，鑒于未來(lái)全球能源需求的持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，這一點(diǎn)顯得尤為關(guān)鍵。因此，若要持續(xù)依賴可再生能源，就必須有充足的儲(chǔ)能解決方案來(lái)有效平滑光伏和風(fēng)電發(fā)電間歇性和波動(dòng)性給電網(wǎng)帶來(lái)的沖擊。正如 Gottfried Rier 所進(jìn)一步闡釋的，儲(chǔ)氫技術(shù)非常理想地解決了這些問(wèn)題：“通過(guò)可再生能源制取的氫是完全碳中和的綠氫，有兩種主要的利用方式：直接作為燃料使用，或送入燃料電池進(jìn)行發(fā)電。尤為值得一提的是，我們采用的低壓工藝極大地提升了氫氣的運(yùn)輸便利性，因此能夠?qū)崿F(xiàn)分布式綠氫應(yīng)用。此外，氫的能量密度極高，是化石燃料的 2.7 倍，而且能夠與氫化的金屬相結(jié)合，以固體金屬氫化物的形式存在，因此能夠以一種極為緊湊且安全的方式進(jìn)行儲(chǔ)存。”

　　01

　　金屬氫化物儲(chǔ)氫系統(tǒng)用途廣泛

　　吉?jiǎng)P恩氫能公司開(kāi)發(fā)的技術(shù)可對(duì)特殊制備的金屬氫化物進(jìn)行數(shù)千次氫充放電，而在此過(guò)程中，其儲(chǔ)存容量絲毫未減。另一個(gè)優(yōu)勢(shì)（特別是相較于電池儲(chǔ)能系統(tǒng)）是儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)：氫氣可儲(chǔ)存數(shù)年而不會(huì)損失能量。具體而言，吉?jiǎng)P恩氫能公司目前已成功研發(fā)出三款儲(chǔ)氫系統(tǒng)：HY2MINI（最多可儲(chǔ)存 25 公斤氫氣，電力存儲(chǔ)容量為 420 千瓦時(shí)）、H2YMEDI（最多 120 公斤，2 兆瓦時(shí)）和 HY2MEGA（可級(jí)聯(lián)，最多 250 公斤，超過(guò) 8.3 兆瓦時(shí)）。

　　金屬氫化物只需加熱到約 20 至 30 °C，即可達(dá)到最佳的吸氫效果；而釋氫則需要溫度達(dá)到 60 至 90 °C。吉?jiǎng)P恩氫能公司高級(jí)工程師 Daniel Schwingshackl 補(bǔ)充道：“我們的工藝還有另一大優(yōu)勢(shì)：它只需要很小的壓力。我們的解決方案可在低壓范圍內(nèi)工作，工作壓力最大為 40 bar。與氣罐相比，它們所需的體積減少了 15 倍，并且與壓力高達(dá) 700 bar 的氫氣汽車(chē)氣罐相比，危險(xiǎn)性大大降低。”另一個(gè)安全方面的優(yōu)勢(shì)是，大約 96% 的氫可以與金屬反應(yīng)，生成金屬氫化物，只有 4% 的氫可能會(huì)被揮發(fā)掉。此外，系統(tǒng)采用可回收材料，因此可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)，而且低壓操作不會(huì)限制材料的允許使用時(shí)間。

　　02

　　更換控制系統(tǒng)，提升靈活性

　　面對(duì)復(fù)雜的工藝流程以及對(duì)約 150 個(gè)傳感器的高精度評(píng)估需求，需要采用功能強(qiáng)大、高度靈活且便于未來(lái)擴(kuò)展的控制技術(shù)。2021 年，鑒于上述需求，公司決定從以前使用的傳統(tǒng) PLC 控制技術(shù)轉(zhuǎn)向采用倍?；?PC 的控制技術(shù)。吉?jiǎng)P恩氫能公司電氣與軟件工程師 Roland Hilber 解釋道：“倍?？刂萍夹g(shù)在向更高計(jì)算能力和整體處理能力擴(kuò)展方面展現(xiàn)出了決定性的優(yōu)勢(shì)。此外，該系統(tǒng)還具有開(kāi)放性和模塊化設(shè)計(jì)等特點(diǎn)。種類(lèi)豐富的 I/O 端子模塊讓我們能夠輕松集成各種組件，無(wú)論是各種傳感器和其它關(guān)鍵的第三方設(shè)備，還是燃料電池和電解槽等重要的系統(tǒng)連接組件。此外，我們更應(yīng)銘記于心的是，倍福奧地利分公司的快速響應(yīng)以及專(zhuān)業(yè)化的支持服務(wù)為我們帶來(lái)了全方位的優(yōu)勢(shì)。在我們考慮未來(lái)項(xiàng)目合作時(shí)，這一點(diǎn)將成為我們決策過(guò)程中的重要考量因素。”

　　對(duì)于 Daniel Schwingshackl 來(lái)說(shuō)，倍?；?PC 和 EtherCAT 的控制技術(shù)的高精度和高速度卻具有重要意義：“未來(lái)，當(dāng)我們的客戶需要提供能源進(jìn)行交易時(shí)，高精度控制將顯得尤為關(guān)鍵，它必須在時(shí)間維度上達(dá)到極高的精度。”Roland Hilber 補(bǔ)充道：“若要達(dá)成這一目標(biāo)，能源采集與評(píng)估的精確性至關(guān)重要。幸運(yùn)的是，我們可以使用 EL3443 和 EL3446 能源測(cè)量端子模塊以及倍福的分布式電力測(cè)量解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。”系統(tǒng)控制還集成了其它關(guān)鍵數(shù)據(jù)。所有這些信息都可用于高效管理整個(gè)能量流動(dòng)。

　　控制系統(tǒng)的核心，C6015 超緊湊型工業(yè) PC，在 Roland Hilber 眼中，不僅以其精巧的設(shè)計(jì)令人矚目，更將節(jié)能優(yōu)勢(shì)巧妙融入其中。據(jù) Roland Hilber 介紹，P2916 多點(diǎn)觸控控制面板之所以成為他們的首選，是因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)非常吸引人，而且性價(jià)比也極高。此外，吉?jiǎng)P恩氫能公司還采用 TwinCAT HMI 實(shí)現(xiàn)可視化，使操作員能夠輕松使用自己的控制器進(jìn)行控制。

　　03

　　高效使用 I/O 和軟件

　　吉?jiǎng)P恩氫能公司不僅非常欣賞倍福 I/O 系統(tǒng)（包括 ELX 防爆端子模塊）的多樣化性和模塊化設(shè)計(jì)，還高度重視 EtherCAT 通信這一基礎(chǔ)技術(shù)。Roland Hilber 將 EtherCAT 組件的即插即用特性、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展過(guò)程中的設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)功能以及整體網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的極高穩(wěn)定性視為最重要的優(yōu)勢(shì)。

　　基于 PC 的控制系統(tǒng)中的集成的測(cè)量技術(shù)同樣為吉?jiǎng)P恩氫能公司帶來(lái)了優(yōu)勢(shì)。首先要提及的是 SCT 系列電流互感器，它不僅能夠無(wú)縫替代傳統(tǒng)互感器，而且在操作層面也同樣簡(jiǎn)便。EtherCAT 能源測(cè)量端子模塊用于詳細(xì)記錄整個(gè)系統(tǒng)的功耗。EL3443 和 EL3446 能源測(cè)量端子模塊所構(gòu)建的分布式電力測(cè)量解決方案的獨(dú)到之處，它提供了一種前所未有的高效且經(jīng)濟(jì)的方式，即使在復(fù)雜系統(tǒng)中也能獲取精確的電力測(cè)量數(shù)據(jù)。EL3446 是一個(gè)純電流測(cè)量端子模塊，它能夠測(cè)定供電網(wǎng)絡(luò)的所有相關(guān)電氣數(shù)據(jù)，包括所有電力測(cè)量值。

　　據(jù) Roland Hilber 介紹，TwinCAT 的使用進(jìn)一步證實(shí)了該系統(tǒng)在效率上的出色表現(xiàn)：“將 TwinCAT 集成到 Visual Studio 中的益處尤為顯著，因?yàn)槲覀儓F(tuán)隊(duì)中的很多專(zhuān)家都來(lái)自這一領(lǐng)域，并習(xí)慣于使用高級(jí)語(yǔ)言。得益于軟件和控制項(xiàng)目極為清晰的邏輯結(jié)構(gòu)，我們能夠迅速掌握并熟練運(yùn)用 TwinCAT 的各項(xiàng)功能。”此外，公司還選用了 TwinCAT Scope View，這一工具極大地簡(jiǎn)化了相關(guān)數(shù)據(jù)的評(píng)估流程，并且可確保在必要時(shí)，能夠進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)數(shù)日的深度數(shù)據(jù)分析。換句話說(shuō)，得益于 TwinCAT 提供的連接性，尤其是 OPC UA 和 MQTT 在 IoT 數(shù)據(jù)傳輸方面的應(yīng)用，吉?jiǎng)P恩氫能公司得以在各種應(yīng)用場(chǎng)景中暢通無(wú)阻。

　　支持多種應(yīng)用場(chǎng)景

　　吉?jiǎng)P恩氫能公司的儲(chǔ)氫系統(tǒng)應(yīng)用范圍極為廣泛，不僅覆蓋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其配套基礎(chǔ)設(shè)施，還深入滲透至工業(yè)廠房、醫(yī)療機(jī)構(gòu)乃至居民公寓樓。一個(gè)典型的例子是為南蒂羅爾州海拔高達(dá) 3145 米的 Müllerhütte 機(jī)艙提供可持續(xù)能源供應(yīng)，該機(jī)艙僅在夏季開(kāi)放。經(jīng)營(yíng)者正積極探尋一種創(chuàng)新的替代方案，旨在替換掉性能不佳的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和過(guò)時(shí)的柴油發(fā)電機(jī)。公司在氣候條件極端惡劣的偏遠(yuǎn)山區(qū)成功部署了 HY2MEDI 儲(chǔ)氫系統(tǒng)（可儲(chǔ)存 60 公斤氫氣），實(shí)現(xiàn)了自給自足的清潔能源供應(yīng)。公司利用當(dāng)?shù)刎S富的太陽(yáng)能和水能資源，通過(guò)電解水技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)制取系統(tǒng)所需的氫氣。

　關(guān)于德國(guó)倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家專(zhuān)注于自動(dòng)化新技術(shù)的德資企業(yè)，創(chuàng)立于1980年，總部位于德國(guó)威爾市。作為全球自動(dòng)化技術(shù)的驅(qū)動(dòng)者，倍福定義了自動(dòng)化領(lǐng)域的許多標(biāo)準(zhǔn)，是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定者和推動(dòng)者。公司所生產(chǎn)的工業(yè) PC、I/O 和現(xiàn)場(chǎng)總線組件、驅(qū)動(dòng)技術(shù)、自動(dòng)化軟件、無(wú)控制柜解決方案以及工業(yè)圖像解決方案既可作為獨(dú)立的組件使用，也可將它們集成到一個(gè)完整的控制系統(tǒng)中，適用于各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展和努力，倍福已在世界各地設(shè)立40家分支機(jī)構(gòu)，加上全球的合作伙伴，業(yè)務(wù)遍及75個(gè)國(guó)家和地區(qū)。

　　倍福于1997年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，中國(guó)區(qū)總部落戶于上海市北高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，現(xiàn)有員工350人，辦事處遍及國(guó)內(nèi)30座大中城市。創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、光伏太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電、鋰電池制造、電子制造、汽車(chē)制造、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、煙草機(jī)械、塑料加工、物流輸送、流程工業(yè)以及智能建筑等眾多領(lǐng)域。

　　公司傾力推廣的 EtherCAT 實(shí)時(shí)工業(yè)以太網(wǎng)于2014年成為中國(guó)國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn)，并已入編工信部的《國(guó)家智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南》。作為一家技術(shù)驅(qū)動(dòng)型公司，倍福一直注重在技術(shù)上尋求突破創(chuàng)新，在業(yè)內(nèi)享有“創(chuàng)新引擎”的美譽(yù)。倍?；赑C的控制技術(shù)具有良好的開(kāi)放性，它支持所有主流的工業(yè)通信協(xié)議，將IT技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)化技術(shù)完美融合在一起，為實(shí)現(xiàn)工業(yè) 4.0 和智能制造奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

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