"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"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化自身的可擴展性。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)濟性進行預(yù)測模擬，進一步挖掘數(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(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。