布局“零碳”-贝加莱清洁能源方案

贝加莱工业自动化 2024-07-15

贝加莱正在为“零碳”能源转型战略提供基础自动化系统的产品、技术与方案的研发、工程实施。覆盖了光伏电池制造、风力风电机组、光伏电站、储能、氢能、基础设施、用电的全链条布局。

实现“零碳”是全球能源发展的重点，也是国家能源发展的战略，通过清洁能源（光伏、风电、潮汐发电等），以及更好的基础设施建设到绿色能源的应用，构成完整的生态系统。它需要能源网络中的每个角色发挥其关键作用，最终实现从发电、输配电、用电的全流程零碳。

图 1-清洁能源全链条

Power to X

电转 X（Power to X，或P2X），是经由“氢能”来实现到各种化工燃料的转换，它将风力发电、光伏、潮汐能等“绿色能源”通过电解转化为“绿氢”，并通过化学合成转为“绿色甲烷”、“绿氨”、“绿色甲醇”、“绿色汽油”等，以实现对于富余的新能源的消纳。今天，新能源的不稳定性以及快速发展对于电网的输配提出了挑战，因此，P2X是解决这些能源问题的有效渠道，全程“绿色”。

贝加莱在 Power to X 方向的技术储备包括在对电解槽、气体分离以及碳捕捉、水处理方面的控制系统。如图 2 所示。

图 2-Power to X 概念

它包括了以下的软硬件方案：

APROL 系统用于电解槽的控制与管理；
OPC UA/IEC61850 的电力数据传输规约集成；
IEC62443 的信息安全规约集成；
IEC61800/IEC61508/IEC61784-3 功能安全集成；
集成的 Web 数据显示；

图 3-电解槽控制系统配置

图 3 是电解制氢的应用场景，可针对碱水电解制氢（AIK）以及质子交换膜的制氢（PEM），提供完整的机组控制，包括前端的水处理、气体分离，均可被纳入到 APROL 的系统控制之下。

储能与充电系统

针对电池储能单元，贝加莱提供大型储能站（在发电侧的固定式储能）、集装箱式储能站（应用侧的移动储能及充电）的管理。储能系统通常包括了模块化的电堆和汇流（包含电池管理 BMS）、整流 PCS/逆变、整个能源管理 EMS 系统，消防/空调机组等。

图 4-贝加莱储能系统配置

如图4所示，通常 BMS 会由单片机开发的带有 RS485/CAN 等总线的控制板，这些板可以作为从站连接到 X20 的本地控制器，或 X20BC 系列的总线控制器，汇集到中心节点的 EMS 工业 PC 上。运行能源管理/调度、优化、报警、趋势等集中管理功能，这可以基于 APROL 系统来实现。

氢能发电

氢能发电是未来快速成长的一个领域，大型的氢能发电在船用发电机组、重型矿山车辆的应用潜力巨大。

图 5-重型车辆的氢发电机组

图 6-为氢能发电机组提供的可扩展的控制系统架构

贝加莱为氢能发电机组提供功率控制所需的模块，如 X20CM0985、为固定式的机组提供本地控制及多机组的集中能源管理，针对移动装备（如重型矿山车辆）提供采用 X90 移动控制器的机组控制。并可通过 IEC61850 提供与电力网络的数据连接与管理。

X20CM0985 模块是专为电力测量与并网同步而开发的独特的模块，如图 7 所示，它包括了以下能力：

图 7-X20CM0985电力测量与并网同步模块

电力测量

电力相位/电压/电流/频率的测量，以及直接并网
过压/欠压/过频/欠频
不平衡负载监控
热过流监控/短路监控
不对称电压监控
无功功率监控

UL6200认证

针对于电力领域的设备安全控制，在北美地区需要通过 UL6200 认证，贝加莱控制器及测量模块经过了 UL6200 认证，以满足机组的安全控制需求。

清洁能源生态-通信集成

电力系统实际上是一个“生态系统”，它必须有统一的连接和规范接口，才能在各个单元间实现高效的数据交互、全局的管理优化。IEC61850 是针对电力网络，从发电侧、输配、用电侧的设备建模、数据连接信息模型、数据交互的机制。IEC61850 已经被封装为内嵌在贝加莱控制系统运行的，经由 Automation Studio 配置的标准模块。