“雙碳”目標下，冶金行業作為高能耗、高排放的行業之一，面臨著前所未有的碳減排壓力，業內亟需從高碳工藝向低碳工藝轉變，加大清潔低碳能源替代煤炭的應用。其中，尤以鋼鐵行業為最，為實現近零排放，鋼鐵企業除了要積極采用低碳零碳燃料方案，還需加快數字化轉型，提升整體能效和運營效率；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。

 

氫能作為一種可制備、可運輸的清潔能源，通過可再生能源生產的綠氫（GH2），有助于構建清潔低碳安全高效的能源體系。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，探索氫能冶金示范應用，將作為“十四五”時期氫能產業創新應用示范工程之一。

 

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，當前我國氫能制備的原料以化石燃料為主，綠氫制備面臨生產成本高、專用基礎設施不全、能量損失較大等難題，在大規模商業化應用方面仍有一定距離。施耐德電氣認為，制氫企業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規模的綠氫制備，助力更多高能耗行業企業實施碳減排。在此過程中，綠氫工廠的數字化運營能力成為高質量制氫的關鍵。

 

 

數字賦能，高效整合綠氫制備全流程

 

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，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：綠氫制備是電力密集型的生產流程，其能源系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，基于模擬仿真與工廠3D設計工具集成的數字孿生解決方案有助于：

 

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面分析；

提升整體性能，并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材料和施工管理系統、AVEVA AIM資產信息管理平臺（數字化交付）和AVEVA OTS操作員仿真培訓系統在內的解決方案，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、信息共享平臺，從而能夠在保證施工數據和交付數據質量的同時，減少成本浪費并優化操作工序。

 

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實施碳減排的關鍵支撐，其當前的首要任務是降低生產成本，并提高供給量，不斷提升綠氫應用的市場覆蓋率。

 

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采用標準化的緊湊型設備，能夠更好地幫助工廠強化自身的可擴展性。而結合配電設計優化工具以及模塊化的E-House預制式變電站等，工廠還能平穩過渡到低成本且穩健的配電方案。

 

此外，基于施耐德電氣ETAP電力系統仿真軟件和AVEVA工業軟件的組合，工廠可覆蓋綠氫耦合化工全流程，對可再生能源產電制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、爆炸等嚴重后果。對工廠而言，制氫過程的安全性和穩定性顯得尤為重要。因此，綠氫工廠需要將能源和過程管理系統與集成安全和網絡信息安全相結合。而該組合系統，還將高效集成施耐德電氣EcoStruxure Foxboro DCS分布式控制系統、安全儀表系統（SIS）和能源管理系統，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，并有助于：

 

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；

集成控制平臺、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運營大數據管理平臺，對生產過程的數據進行分析、挖掘和可視化，促進云邊端融合，幫助企業優化決策質量。配合AVEVA Predictive Analytics 預測性維護系統、EcoStruxure PMA預測性維護顧問、APC先進過程控制軟件等，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系統數據而打造的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. 咨詢先行，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；有些則寄希望于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。

 

對制氫企業而言，借助合理優質的生產用能配置，可有效降低制氫成本，促進綠氫能源的推廣。目前，越來越多企業正聯合成熟的咨詢機構，通過量身定制的能源策略，優化能源資源組合，并利用人工智能（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）采用基于AI的獨有優化控制算法，通過邊緣控制與互聯互通的設備實現控制指令和數據傳輸，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；并根據實時電價、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，從而在各個維度為制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

 

以鋼鐵行業為代表的高能耗行業，正致力于通過數字化轉型，減少自身碳排放，這與施耐德電氣在可持續發展方面的核心戰略不謀而合。施耐德電氣在全球200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咨詢，以及軟硬件一體化、貫穿能源管理與自動化的整體解決方案，助力其提高工廠全生命周期的生產效率，并降低碳排放，推動高能耗行業的高效與可持續發展。

 

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游產業鏈賦能，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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