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施耐德電氣:AI賦能綠氫綠氨行業(yè)效率變革

http://www.debgrams.com 2025-12-02 11:31 來源:施耐德電氣(中國)有限公司

隨著全球能源轉型進入深水區(qū),綠氫與綠氨正加速崛起為清潔能源領域的核心載體。這兩種零碳能源通過可再生能源電解水技術制取,為重工業(yè)、長途運輸、化工生產等能源密集型產業(yè)提供了關鍵“脫碳”路徑。預計到2050年綠氫將主導全球氫能供應,占比達50%-65%,成為全球能源結構的關鍵支柱。

綠氫綠氨產業(yè)前景廣闊,但規(guī)模化生產效率不足、成本控制難等現實瓶頸,制約著綠氫綠氨的普及進程。在此背景下,以人工智能(AI)為代表的數智化技術成為行業(yè)破局的關鍵。AI不僅能優(yōu)化生產工藝、降低綜合成本,還能提升從生產、存儲、運輸到消納全生命周期的效率及可靠性,在破解行業(yè)痛點的同時,釋放出前所未有的產業(yè)效能。據預測,到2050年全球氫能市場年產值將突破1.4萬億美元。而AI技術與綠氫綠氨產業(yè)的深度融合,正是開啟這一萬億級市場的核心密碼。

AI技術驅動綠氫綠氨生產模式變革

綠氫與綠氨的生產是清潔能源技術的重大突破,但其核心工藝復雜,生產過程能耗大,因此行業(yè)需統(tǒng)籌權衡環(huán)境影響、經濟性與安全性等多重因素。其中,作為綠氫生產的核心環(huán)節(jié),電解水制氫目前主要有堿性電解(ALK)、聚合物電解質膜(PEM)電解、固體氧化物電解槽(SOEC)三種技術路徑,各自在效率、成本、響應速度和壽命方面存在差異。但無論采用何種路徑,效率提升與成本優(yōu)化仍是行業(yè)亟待突破的關鍵課題,而AI技術可從四大維度為產業(yè)破解難題提供有力支撐。

第一,優(yōu)化電解過程。AI能夠實時分析數據,精準調控電解溫度、壓力等關鍵工藝參數,有效延長電解槽使用壽命。同時,機器學習與高精度工藝仿真模型結合可以模擬最優(yōu)工況,通過數字孿生優(yōu)化基礎設施設計與運營,從而有效降低能耗與成本,縮小綠色制氫與化石燃料制氫的成本差距,為產業(yè)規(guī)模化推廣奠定基礎。

第二,提高可再生能源高效整合利用。AI技術通過精準氣象數據與歷史發(fā)電數據的擬合,進行發(fā)電預測,以預測的結果優(yōu)化電力與制氫之間的時序協(xié)調。此外,借助智能算法動態(tài)平衡供需、調度儲能與制氫負荷,既能保障生產連續(xù)性,又能最大化提升清潔能源利用率,破解“能源波動”與“生產穩(wěn)定”的核心矛盾。

第三,預測性維護。針對壓縮機、泵組、換熱器、電解槽等制氫核心生產設備,通過算法分析設備的長時間歷史和實時傳感器數據,提前捕捉設備異常、預判潛在故障,最大限度減少意外停機。AI技術可主動預判資產管理維護需求、識別低效環(huán)節(jié),同時依托設備老化模型與使用模式分析,實現全生命周期精細化管理,優(yōu)化維護計劃確保資產處于最佳狀態(tài),構建更安全、更具可持續(xù)性的生產環(huán)境。

第四,實現氫氣儲配優(yōu)化。AI技術可以通過分析需求模式、儲存設施條件及運輸物流,借助機器學習算法預測需求波動、優(yōu)化庫存與配送計劃,減少損耗與等待時間,實現供應穩(wěn)定與運營成本優(yōu)化的雙重目標。這一應用過程需要和綠氫的應用單元場景結合,在法國液化空氣集團(Air Liquide)的一項試點項目表明,經AI優(yōu)化的氫氣配送能夠將運輸成本降低18%,同時將相關碳排放減少22%。

AI技術仍在持續(xù)演進迭代,對綠氫、綠氨制備的影響也將愈發(fā)顯著。通過運用前沿AI技術,從電解工藝優(yōu)化到供應鏈的全面提效,以及在預測性維護、可再生能源高效利用及成本控制方面展現出的巨大潛力,都將有力推動能源轉型進程加速,使清潔能源發(fā)展更高效、更經濟、更易普及。

AI技術落地依托產業(yè)數字化轉型進程

AI技術的落地與價值釋放,深度依托產業(yè)數字化轉型進程。基于在能源管理和工業(yè)自動化領域的專長,施耐德電氣打造了“源網荷儲氫化”一體化設計與運營解決方案,將發(fā)電、儲能、電網、制氫、合成氨等獨立的數字化系統(tǒng)進行協(xié)同聯(lián)動,實現上下游整體設計與協(xié)同運維。其以ETAP電氣系統(tǒng)數字孿生平臺和綠氫生產仿真模擬APS(AVEVA Process Simulation)為起點,實現電力與工藝的整合聯(lián)動,并覆蓋項目規(guī)劃、設計、建造交付及運營全生命周期。

在規(guī)劃設計階段,依托數字孿生仿真技術,實現設計、建設、生產全環(huán)節(jié)效益最大化;在建造階段,通過數字化交付、操作員仿真培訓、材料與施工管理等產品和解決方案,助力項目高效落地;在運營環(huán)節(jié),對生產過程實時監(jiān)測與數據管理,結合預測性維護和生產調度優(yōu)化,幫助企業(yè)實現一體化運營及高效管控。這些數字化方案全面覆蓋風光發(fā)電綠氫綠化工全場景,并成功破解可再生能源波動性與化工生產穩(wěn)定性的耦合難題。

依托施耐德電氣的自動化和數字化解決方案,諸多行業(yè)先行者已成功落地應用。在內蒙古某綠氫項目中,施耐德電氣提供APS等綠氫耦合化工流程模擬仿真軟件及技術支持,聯(lián)合業(yè)主與設計院構建風光發(fā)電、電解水制氫、儲能儲氫及合成氨全流程高精度模型,不僅顯著提升系統(tǒng)安全穩(wěn)定性與經濟性,更實現上下游協(xié)同聯(lián)動,樹立了產業(yè)標桿。

在挪威某綠氨工廠項目中,施耐德電氣提供涵蓋EcoStruxure Foxboro DCS分布式控制系統(tǒng)、EcoStruxure Field Device Manager 及 AVEVA OTS 操作員培訓系統(tǒng)的軟硬件產品與解決方案,助力企業(yè)搭建統(tǒng)一管控平臺,優(yōu)化運營成本與建設投資,實現高效、標準化的資產管理。該項目已成功建成24MW綠色氫示范工廠,每年可減少4.1萬噸二氧化碳排放,成為全球綠氨工廠建設的參考范本。

綠氫綠氨產業(yè)的崛起,不僅是能源載體的迭代升級,更是未來工業(yè)邁向可持續(xù)發(fā)展的關鍵一步。在這場產業(yè)變革中,以AI為代表的數智化技術已非“錦上添花”的可選配置,而是決定產業(yè)發(fā)展速度與發(fā)展深度的“效率利器”。率先將數智化技術融入綠氫綠氨全價值鏈的企業(yè),不僅能構建成本與效率雙重優(yōu)勢,更將在全球零碳競爭中掌握核心話語權。未來,施耐德電氣將持續(xù)以創(chuàng)新技術賦能綠氫綠氨產業(yè)規(guī)模化躍遷,攜手更多企業(yè)解鎖能效優(yōu)化密碼,共同塑造產業(yè)可持續(xù)發(fā)展新生態(tài)。

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