太陽能、風能和水能等可再生能源的發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,即便是在能源供應過剩的情況下,充足的儲能方案亦是不可或缺的,例如吉凱恩氫能公司提供的一種特別緊湊且安全的解決方案,即配備了倍福基于 PC 的控制技術的低壓金屬氫化物儲氫系統。
“若缺乏長期穩定的可持續能源儲存方案,能源轉型之路將難以前行。”來自意大利法爾澤斯(Pfalzen)的吉凱恩氫能公司的首席技術官 Gottfried Rier 說道。他進一步指出,鑒于未來全球能源需求的持續增長態勢,這一點顯得尤為關鍵。因此,若要持續依賴可再生能源,就必須有充足的儲能解決方案來有效平滑光伏和風電發電間歇性和波動性給電網帶來的沖擊。正如 Gottfried Rier 所進一步闡釋的,儲氫技術非常理想地解決了這些問題:“通過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,或送入燃料電池進行發電。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輸便利性,因此能夠實現分布式綠氫應用。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行儲存。”

金屬氫化物儲氫系統
用途廣泛
吉凱恩氫能公司開發的技術可對特殊制備的金屬氫化物進行數千次氫充放電,而在此過程中,其儲存容量絲毫未減。另一個優勢(特別是相較于電池儲能系統)是儲存時間長:氫氣可儲存數年而不會損失能量。具體而言,吉凱恩氫能公司目前已成功研發出三款儲氫系統:HY2MINI(最多可儲存 25 公斤氫氣,電力存儲容量為 420 千瓦時)、H2YMEDI(最多 120 公斤,2 兆瓦時)和 HY2MEGA(可級聯,最多 250 公斤,超過 8.3 兆瓦時)。
金屬氫化物只需加熱到約 20 至 30 °C,即可達到最佳的吸氫效果;而釋氫則需要溫度達到 60 至 90 °C。吉凱恩氫能公司高級工程師 Daniel Schwingshackl 補充道:“我們的工藝還有另一大優勢:它只需要很小的壓力。我們的解決方案可在低壓范圍內工作,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 700 bar 的氫氣汽車氣罐相比,危險性大大降低。”另一個安全方面的優勢是,大約 96% 的氫可以與金屬反應,生成金屬氫化物,只有 4% 的氫可能會被揮發掉。此外,系統采用可回收材料,因此可以實現可持續生產,而且低壓操作不會限制材料的允許使用時間。

更換控制系統,提升靈活性
面對復雜的工藝流程以及對約 150 個傳感器的高精度評估需求,需要采用功能強大、高度靈活且便于未來擴展的控制技術。2021 年,鑒于上述需求,公司決定從以前使用的傳統 PLC 控制技術轉向采用倍福基于 PC 的控制技術。吉凱恩氫能公司電氣與軟件工程師 Roland Hilber 解釋道:“倍福控制技術在向更高計算能力和整體處理能力擴展方面展現出了決定性的優勢。此外,該系統還具有開放性和模塊化設計等特點。種類豐富的 I/O 端子模塊讓我們能夠輕松集成各種組件,無論是各種傳感器和其它關鍵的第三方設備,還是燃料電池和電解槽等重要的系統連接組件。此外,我們更應銘記于心的是,倍福奧地利分公司的快速響應以及專業化的支持服務為我們帶來了全方位的優勢。在我們考慮未來項目合作時,這一點將成為我們決策過程中的重要考量因素。”
對于 Daniel Schwingshackl 來說,倍福基于 PC 和 EtherCAT 的控制技術的高精度和高速度卻具有重要意義:“未來,當我們的客戶需要提供能源進行交易時,高精度控制將顯得尤為關鍵,它必須在時間維度上達到極高的精度。”Roland Hilber 補充道:“若要達成這一目標,能源采集與評估的精確性至關重要。幸運的是,我們可以使用 EL3443 和 EL3446 能源測量端子模塊以及倍福的分布式電力測量解決方案來實現目標。”系統控制還集成了其它關鍵數據。所有這些信息都可用于高效管理整個能量流動。
控制系統的核心,C6015 超緊湊型工業 PC,在 Roland Hilber 眼中,不僅以其精巧的設計令人矚目,更將節能優勢巧妙融入其中。據 Roland Hilber 介紹,P2916 多點觸控控制面板之所以成為他們的首選,是因為它的設計非常吸引人,而且性價比也極高。此外,吉凱恩氫能公司還采用 TwinCAT HMI 實現可視化,使操作員能夠輕松使用自己的控制器進行控制。

高效使用 I/O 和軟件
吉凱恩氫能公司不僅非常欣賞倍福 I/O 系統(包括 ELX 防爆端子模塊)的多樣化性和模塊化設計,還高度重視 EtherCAT 通信這一基礎技術。Roland Hilber 將 EtherCAT 組件的即插即用特性、網絡擴展過程中的設備自動檢測功能以及整體網絡運行的極高穩定性視為最重要的優勢。
基于 PC 的控制系統中的集成的測量技術同樣為吉凱恩氫能公司帶來了優勢。首先要提及的是 SCT 系列電流互感器,它不僅能夠無縫替代傳統互感器,而且在操作層面也同樣簡便。EtherCAT 能源測量端子模塊用于詳細記錄整個系統的功耗。EL3443 和 EL3446 能源測量端子模塊所構建的分布式電力測量解決方案的獨到之處,它提供了一種前所未有的高效且經濟的方式,即使在復雜系統中也能獲取精確的電力測量數據。EL3446 是一個純電流測量端子模塊,它能夠測定供電網絡的所有相關電氣數據,包括所有電力測量值。
據 Roland Hilber 介紹,TwinCAT 的使用進一步證實了該系統在效率上的出色表現:“將 TwinCAT 集成到 Visual Studio 中的益處尤為顯著,因為我們團隊中的很多專家都來自這一領域,并習慣于使用高級語言。得益于軟件和控制項目極為清晰的邏輯結構,我們能夠迅速掌握并熟練運用 TwinCAT 的各項功能。”此外,公司還選用了 TwinCAT Scope View,這一工具極大地簡化了相關數據的評估流程,并且可確保在必要時,能夠進行長達數日的深度數據分析。換句話說,得益于 TwinCAT 提供的連接性,尤其是 OPC UA 和 MQTT 在 IoT 數據傳輸方面的應用,吉凱恩氫能公司得以在各種應用場景中暢通無阻。
支持多種應用場景
吉凱恩氫能公司的儲氫系統應用范圍極為廣泛,不僅覆蓋風力發電機組及其配套基礎設施,還深入滲透至工業廠房、醫療機構乃至居民公寓樓。一個典型的例子是為南蒂羅爾州海拔高達 3145 米的 Müllerhütte 機艙提供可持續能源供應,該機艙僅在夏季開放。經營者正積極探尋一種創新的替代方案,旨在替換掉性能不佳的風力發電機和過時的柴油發電機。公司在氣候條件極端惡劣的偏遠山區成功部署了 HY2MEDI 儲氫系統(可儲存 60 公斤氫氣),實現了自給自足的清潔能源供應。公司利用當地豐富的太陽能和水能資源,通過電解水技術現場制取系統所需的氫氣。







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