基于 PC 的控制技术为氢能储存和运输筑牢安全防线
太阳能、风能和水能等可再生能源的发电量占比正不断攀升。为了确保可再生能源得到最大程度的高效利用，即便是在能源供应过剩的情况下，充足的储能方案亦是不可或缺的，例如吉凯恩氢能公司提供的一种特别紧凑且安全的解决方案，即配备了倍福基于 PC 的控制技术的低压金属氢化物储氢系统。
“若缺乏长期稳定的可持续能源储存方案，能源转型之路将难以前行。”来自意大利法尔泽斯（Pfalzen）的吉凯恩氢能公司的首席技术官 Gottfried Rier 说道。他进一步指出，鉴于未来全球能源需求的持续增长态势，这一点显得尤为关键。因此，若要持续依赖可再生能源，就必须有充足的储能解决方案来有效平滑光伏和风电发电间歇性和波动性给电网带来的冲击。正如 Gottfried Rier 所进一步阐释的，储氢技术非常理想地解决了这些问题：“通过可再生能源制取的氢是完全碳中和的绿氢，有两种主要的利用方式：直接作为燃料使用，或送入燃料电池进行发电。尤为值得一提的是，我们采用的低压工艺极大地提升了氢气的运输便利性，因此能够实现分布式绿氢应用。此外，氢的能量密度极高，是化石燃料的 2.7 倍，而且能够与氢化的金属相结合，以固体金属氢化物的存在，因此能够以一种极为紧凑且安全的方式进行储存。”
金属氢化物储氢系统用途广泛
吉凯恩氢能公司开发的技术可对特殊制备的金属氢化物进行数千次氢充放电，而在此过程中，其储存容量丝毫未减。另一个优势（特别是相较于电池储能系统）是储存时间长：氢气可储存数年而不会损失能量。具体而言，吉凯恩氢能公司目前已成功研发出三款储氢系统：HY2MINI（最多可储存 25 公斤氢气，电力存储容量为 420 千瓦时）、H2YMEDI（最多 120 公斤，2 兆瓦时）和 HY2MEGA（可级联，最多 250 公斤，超过 8.3 兆瓦时）。
金属氢化物只需加热到约 20 至 30 °C，即可达到最佳的吸氢效果；而释氢则需要温度达到 60 至 90 °C。吉凯恩氢能公司高级工程师 Daniel Schwingshackl 补充道：“我们的工艺还有另一大优势：它只需要很小的压力。我们的解决方案可在低压范围内工作，工作压力最大为 40 bar。与气罐相比，它们所需的体积减少了 15 倍，并且与压力高达 700 bar 的氢气汽车气罐相比，危险性大大降低。”另一个安全方面的优势是，大约 96% 的氢可以与金属反应，生成金属氢化物，只有 4% 的氢可能会被挥发掉。此外，系统采用可回收材料，因此可以实现可持续生产，而且低压操作不会限制材料的允许使用时间。
更换控制系统，提升灵活性
面对复杂的工艺流程以及对约 150 个传感器的高精度评估需求，需要采用功能强大、高度灵活且便于未来扩展的控制技术。2021 年，鉴于上述需求，公司决定从以前使用的传统 PLC 控制技术转向采用倍福基于 PC 的控制技术。吉凯恩氢能公司电气与软件工程师 Roland Hilber 解释道：“倍福控制技术在向更高计算能力和整体处理能力扩展方面展现出了决定性的优势。此外，该系统还具有开放性和模块化设计等特点。种类丰富的 I/O 端子模块让我们能够轻松集成各种组件，无论是各种传感器和其它关键的第三方设备，还是燃料电池和电解槽等重要的系统连接组件。此外，我们更应铭记于心的是，倍福奥地利分公司的快速响应以及专业化的支持服务为我们带来了全方位的优势。在我们考虑未来项目合作时，这一点将成为我们决策过程中的重要考量因素。”
初看之下，倍福基于 PC 和 EtherCAT 的控制技术的高精度和高速度似乎并不总是过程技术环境中所必需的。但对于 Daniel Schwingshackl 来说，这些特性却具有重要意义：“未来，当我们的客户需要提供能源进行交易时，高精度控制将显得尤为关键，它必须在时间维度上达到极高的精度。”Roland Hilber 补充道：“若要达成这一目标，能源采集与评估的精确性至关重要。幸运的是，我们可以使用 EL3443 和 EL3446 能源测量端子模块以及倍福的分布式电力测量解决方案来实现目标。”系统控制还集成了其它关键数据，例如燃料电池的温度和压力，以及通过温度和压力间接确定的负载状态。所有这些信息都可用于高效管理整个能量流动。
控制系统的核心，C6015 超紧凑型工业 PC，在 Roland Hilber 眼中，不仅以其精巧的设计令人瞩目，更将节能优势巧妙融入其中：“尤其是当我们的存储系统以隔离模式运行时，系统运行所需的每一瓦电力都非常重要，因为这部分电力将无法直接应用于实际的生产或使用中。”CP2916 多点触控控制面板用作系统的操作界面。据 Roland Hilber 介绍，该控制面板之所以成为他们的首选，是因为它的设计非常吸引人，而且性价比也极高。此外，吉凯恩氢能公司还采用 TwinCAT HMI 实现可视化，使操作员能够轻松使用自己的控制器进行控制。
高效使用 I/O 和软件
吉凯恩氢能公司不仅非常欣赏倍福 I/O 系统（包括 ELX 防爆端子模块）的多样化性和模块化设计，还高度重视 EtherCAT 通信这一基础技术。Roland Hilber 将 EtherCAT 组件的即插即用特性、网络扩展过程中的设备自动检测功能以及整体网络运行的极高稳定性视为最重要的优势。
基于 PC 的控制系统中的集成的测量技术同样为吉凯恩氢能公司带来了优势。首先要提及的是 SCT 系列电流互感器，它不仅能够无缝替代传统互感器，而且在操作层面也同样简便。EtherCAT 能源测量端子模块用于详细记录整个系统的功耗，例如检测异常或谐波。各个设备或负载的内部性能的数据有助于优化工艺流程，同时，通过这些数据还能在设计新产品时精准识别次优运行点或尺寸过大问题。这正是 EL3443 和 EL3446 能源测量端子模块所构建的分布式电力测量解决方案的独到之处，它提供了一种前所未有的高效且经济的方式，即使在复杂系统中也能获取精确的电力测量数据。EL3446 是一个纯电流测量端子模块，它能够测定供电网络的所有相关电气数据，包括所有电力测量值。系统中部署的 EL3446 端子模块可以通过 EtherCAT 接收 EL3443 电力测量端子模块（每个网络只能安装一次）中计算电力数据所需的电压值，并通过 EtherCAT 分布式时钟功能进行同步。这样可以降低硬件和安装成本。
据 Roland Hilber 介绍，TwinCAT 的使用进一步证实了该系统在效率上的出色表现：“将 TwinCAT 集成到 Visual Studio 中的益处尤为显著，因为我们团队中的很多专家都来自这一领域，并习惯于使用高级语言。得益于软件和控制项目极为清晰的逻辑结构，我们能够迅速掌握并熟练运用 TwinCAT 的各项功能。”此外，公司还选用了 TwinCAT Scope View，这一工具极大地简化了相关数据的评估流程，并且可确保在必要时，能够进行长达数日的深度数据分析。换句话说，得益于 TwinCAT 提供的连接性，尤其是 OPC UA 和 MQTT 在 loT 数据传输方面的应用，吉凯恩氢能公司得以在各种应用场景中畅通无阻。
支持多种应用场景
吉凯恩氢能公司的储氢系统应用范围极为广泛，不仅覆盖风力发电机组及其配套基础设施，还深入渗透至工业厂房、医疗机构乃至居民公寓楼。一个典型的例子是为南蒂罗尔州海拔高达 3145 米的 Müllerhütte 机舱提供可持续能源供应，该机舱仅在夏季开放。经营者正积极探寻一种创新的替代方案，旨在替换掉性能不佳的风力发电机和过时的柴油发电机。公司在气候条件极端恶劣的偏远山区成功部署了 HY2MEDI 储氢系统（可储存 60 公斤氢气），实现了自给自足的清洁能源供应。公司利用当地丰富的太阳能和水能资源，通过电解水技术现场制取系统所需的氢气。
