數字化轉型四步走,助力鋼鐵行業“氫”裝上陣

2026-04-07 06:18:44

“雙碳”目標下,冶金行業作為高能耗、高gao排pai放fang的de行xing業ye之zhi一yi,麵mian臨lin著zhe前qian所suo未wei有you的de碳tan減jian排pai壓ya力li,業ye內nei亟ji需xu從cong高gao碳tan工gong藝yi向xiang低di碳tan工gong藝yi轉zhuan變bian,加jia大da清qing潔jie低di碳tan能neng源yuan替ti代dai煤mei炭tan的de應ying用yong。其qi中zhong,尤you以yi鋼gang鐵tie行xing業ye為wei最zui,為wei實shi現xian近jin零ling排pai放fang,鋼gang鐵tie企qi業ye除chu了le要yao積ji極ji采cai用yong低di碳tan零ling碳tan燃ran料liao方fang案an,還hai需xu加jia快kuai數shu字zi化hua轉zhuan型xing,提ti升sheng整zheng體ti能neng效xiao和he運yun營ying效xiao率lv;同時,企業也必須結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,以達到高效脫碳。

 

氫能作為一種可製備、可運輸的清潔能源,通過可再生能源生產的綠氫(GH2),有助於構建清潔低碳安全高效的能源體係。當前,我國正積極探索氫能在冶金、化工等工業領域替代化石能源的應用空間。國家發展改革委、國家能源局聯合印發《氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)》提出,探索氫能冶金示範應用,將作為“十四五”時期氫能產業創新應用示範工程之一。

 

向綠氫燃料轉型,無疑是推動煉鋼等“碳減排困難型”行業邁向碳中和的有效手段之一。然而,當前我國氫能製備的原料以化石燃料為主,綠氫製備麵臨生產成本高、專用基礎設施不全、能(neng)量(liang)損(sun)失(shi)較(jiao)大(da)等(deng)難(nan)題(ti),在(zai)大(da)規(gui)模(mo)商(shang)業(ye)化(hua)應(ying)用(yong)方(fang)麵(mian)仍(reng)有(you)一(yi)定(ding)距(ju)離(li)。施(shi)耐(nai)德(de)電(dian)氣(qi)認(ren)為(wei),製(zhi)氫(qing)企(qi)業(ye)需(xu)要(yao)全(quan)方(fang)位(wei)加(jia)強(qiang)可(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)的(de)整(zheng)合(he)能(neng)力(li),以(yi)更(geng)低(di)成(cheng)本(ben)、更geng高gao效xiao益yi且qie更geng大da生sheng產chan規gui模mo的de綠lv氫qing製zhi備bei,助zhu力li更geng多duo高gao能neng耗hao行xing業ye企qi業ye實shi施shi碳tan減jian排pai。在zai此ci過guo程cheng中zhong,綠lv氫qing工gong廠chang的de數shu字zi化hua運yun營ying能neng力li成cheng為wei高gao質zhi量liang製zhi氫qing的de關guan鍵jian。

 

 

數字賦能,高效整合綠氫製備全流程

 

立足行業真實需求,施耐德電氣提供綠氫一體化設計與運營解決方案,以數字化手段幫助企業減少碳足跡、降低總資本和運營支出,並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“設計工程施工到生產運營維護”全生命周期:

 

1. 集成設計與仿真模擬:綠氫製備是電力密集型的生產流程,其能源係統設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三維設計軟件,綠氫工廠可構建以生產過程機理為基礎的工藝生產流程數字孿生,對多種設計和場景進行集成建模,包括天氣、設備、流程、承購商需求波動和本地基礎設施(當前和未來)等變量,通過模擬設備屬性和在線工藝行為,對設計、建設到生產的整體設計進行尋優,實現投資回報最大化和風險最小化。其中,基於模擬仿真與工廠3D設計工具集成的數字孿生解決方案有助於:

 

  • 實現各環節無縫過渡,縮減工程施工時長;
  • 減少人為失誤,以及因其導致的返工風險;
  • 集成過程和電力設計,構建一個工程數字孿生底座;
  • 集成能源管理和過程模擬,實現過程設備端到端的耦合聯動及全麵分析;
  • 提升整體性能,並確保過程設備和配電設備之間的設計完整性。

 

在建造與交付階段,施耐德電氣提供涵蓋AVEVA ERM材料和施工管理係統、AVEVA AIM資產信息管理平台(數字化交付)和AVEVA OTS操作員仿真培訓係統在內的解決方案,幫助綠氫工廠搭建一個三維可視化的數字化工廠,為參與項目的設計院、施工方、設備供貨商、客戶建立一個跨組織協作、信息共享平台,從而能夠在保證施工數據和交付數據質量的同時,減少成本浪費並優化操作工序。

 

2. 配電優化:目前,成本過高是掣肘高能耗行業向綠色氫能燃料轉型的核心問題之一。根據《中國綠色氫能發展路線圖》,我國綠氫的生產成本介於33.9-42.9元/千克(4.92-6.23美元/千克)之間,若要替代煤製氫,其生產成本需降至6.8-12.1元/千克(0.99-1.76美元/千克)。千(qian)兆(zhao)瓦(wa)級(ji)的(de)綠(lv)氫(qing)項(xiang)目(mu)作(zuo)為(wei)高(gao)能(neng)耗(hao)行(xing)業(ye)實(shi)施(shi)碳(tan)減(jian)排(pai)的(de)關(guan)鍵(jian)支(zhi)撐(cheng),其(qi)當(dang)前(qian)的(de)首(shou)要(yao)任(ren)務(wu)是(shi)降(jiang)低(di)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben),並(bing)提(ti)高(gao)供(gong)給(gei)量(liang),不(bu)斷(duan)提(ti)升(sheng)綠(lv)氫(qing)應(ying)用(yong)的(de)市(shi)場(chang)覆(fu)蓋(gai)率(lv)。

 

借(jie)助(zhu)施(shi)耐(nai)德(de)電(dian)氣(qi)全(quan)新(xin)可(ke)擴(kuo)展(zhan)的(de)模(mo)塊(kuai)化(hua)配(pei)電(dian)解(jie)決(jue)方(fang)案(an),綠(lv)氫(qing)工(gong)廠(chang)可(ke)有(you)效(xiao)降(jiang)低(di)綠(lv)氫(qing)的(de)製(zhi)備(bei)成(cheng)本(ben),盡(jin)可(ke)能(neng)縮(suo)小(xiao)與(yu)媒(mei)製(zhi)氫(qing)的(de)成(cheng)本(ben)差(cha)距(ju)。這(zhe)些(xie)升(sheng)級(ji)版(ban)電(dian)力(li)架(jia)構(gou)采(cai)用(yong)標(biao)準(zhun)化(hua)的(de)緊(jin)湊(cou)型(xing)設(she)備(bei),能(neng)夠(gou)更(geng)好(hao)地(di)幫(bang)助(zhu)工(gong)廠(chang)強(qiang)化(hua)自(zi)身(shen)的(de)可(ke)擴(kuo)展(zhan)性(xing)。而(er)結(jie)合(he)配(pei)電(dian)設(she)計(ji)優(you)化(hua)工(gong)具(ju)以(yi)及(ji)模(mo)塊(kuai)化(hua)的(de)E-House預製式變電站等,工廠還能平穩過渡到低成本且穩健的配電方案。

 

此外,基於施耐德電氣ETAP電力係統仿真軟件和AVEVA工業軟件的組合,工廠可覆蓋綠氫耦合化工全流程,對可再生能源產電製氫用氫過程中的供能配電和工藝生產過程中的波動間歇性、安全連續性、可用性與經濟性進行預測模擬,進一步挖掘數據價值,實現整體效益最大化。

 

3. 安全、高效的運營與維護(O&M):氫氣是一種易燃易爆氣體,如果處理不當,容易引起火災、爆bao炸zha等deng嚴yan重zhong後hou果guo。對dui工gong廠chang而er言yan,製zhi氫qing過guo程cheng的de安an全quan性xing和he穩wen定ding性xing顯xian得de尤you為wei重zhong要yao。因yin此ci,綠lv氫qing工gong廠chang需xu要yao將jiang能neng源yuan和he過guo程cheng管guan理li係xi統tong與yu集ji成cheng安an全quan和he網wang絡luo信xin息xi安an全quan相xiang結jie合he。而er該gai組zu合he係xi統tong,還hai將jiang高gao效xiao集ji成cheng施shi耐nai德de電dian氣qiEcoStruxure Foxboro DCS分布式控製係統、安全儀表係統(SIS)和能源管理係統,配合數字孿生解決方案可在項目設計階段進一步提升安全性,並有助於:

 

  • 降低資本支出;
  • 減少硬件設備需求;
  • 縮短工程建造及功能測試時長;
  • 盡可能減少調試需求;
  • 集成控製平台、預測性仿真和一體化運營、資產績效管理,以及網絡信息安全軟件等。

 

針對運營數據的利用,施耐德電氣還將為綠氫企業提供AVEVA PI System運營大數據管理平台,對生產過程的數據進行分析、挖掘和可視化,促進雲邊端融合,幫助企業優化決策質量。配合AVEVA Predictive Analytics 預測性維護係統、EcoStruxure PMA預測性維護顧問、APC先進過程控製軟件等,可在有效增強設備可靠性和可用性、減少非計劃性停車的同時,提高電能利用效率。而通過集成各生產運營子係統數據而打造的AVEVA UOC一體化運營中心,還能助力企業打通信息孤島,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. 谘詢先行,優化生產用能:能源成本是工業企業繞不開的“大山”。企業生產用能策略是否穩健、可靠,將影響其長期利潤。比如,在鋼鐵生產中,能源成本占比可達20-40%,而為了降低該成本,部分鋼鐵生產商正轉向低成本的可再生能源方案;有些則寄希望於簽署長期的電力采購協議(PPA),以鎖定其在較長時期內固定的能源價格。

 

對dui製zhi氫qing企qi業ye而er言yan,借jie助zhu合he理li優you質zhi的de生sheng產chan用yong能neng配pei置zhi,可ke有you效xiao降jiang低di製zhi氫qing成cheng本ben,促cu進jin綠lv氫qing能neng源yuan的de推tui廣guang。目mu前qian,越yue來lai越yue多duo企qi業ye正zheng聯lian合he成cheng熟shu的de谘zi詢xun機ji構gou,通tong過guo量liang身shen定ding製zhi的de能neng源yuan策ce略lve,優you化hua能neng源yuan資zi源yuan組zu合he,並bing利li用yong人ren工gong智zhi能neng(AI)等前沿技術來預測生產用能消耗。施耐德電氣EcoStruxure Microgrid Advisor微網能源顧問(EMA)采用基於AI的獨有優化控製算法,通過邊緣控製與互聯互通的設備實現控製指令和數據傳輸,可滿足市電接入、分布式能源(DER)和用能設備的多種調配需求;並根據實時電價、天氣數據及用電量,適時調整資源調配,讓廠區和園區實現從新能源發電端,到電能儲存、負荷用電需求的完美平衡,從而在各個維度為製氫企業帶來可觀的經濟收益。

 

舉生態之力,共促高能耗行業綠色發展

 

yigangtiexingyeweidaibiaodegaonenghaoxingye,zhengzhiliyutongguoshuzihuazhuanxing,jianshaozishentanpaifang,zheyushinaidedianqizaikechixufazhanfangmiandehexinzhanlvebumouerhe。shinaidedianqizaiquanqiu200多家工廠和物流中心均已完成數字化升級和轉型,這些減碳成果更是獲得了包括企業爵士(Corporate Knights)、世界經濟論壇(World Economic Forum)等權威機構在內的高度認可。

 

施耐德電氣依托“AVEVA + ETAP”雙擎,在助力綠氫企業實現“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提供先進的數字化與可持續發展谘詢,以及軟硬件一體化、貫(guan)穿(chuan)能(neng)源(yuan)管(guan)理(li)與(yu)自(zi)動(dong)化(hua)的(de)整(zheng)體(ti)解(jie)決(jue)方(fang)案(an),助(zhu)力(li)其(qi)提(ti)高(gao)工(gong)廠(chang)全(quan)生(sheng)命(ming)周(zhou)期(qi)的(de)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv),並(bing)降(jiang)低(di)碳(tan)排(pai)放(fang),推(tui)動(dong)高(gao)能(neng)耗(hao)行(xing)業(ye)的(de)高(gao)效(xiao)與(yu)可(ke)持(chi)續(xu)發(fa)展(zhan)。

 

立足綠色氫能領域的行業需求,施耐德電氣將通過覆蓋與整合從新能源發電、綠氫生產車間到市電/綠電/微網鏈接,以及終端用戶的全流程、全生命周期解決方案,持續為綠氫行業上下遊產業鏈賦能,攜手客戶開辟綠色新路徑,一同邁向更加開放、高效與韌性、可持續和以人為本的未來工業。

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