数字化转型四步走，助力钢铁行业

"双碳"目标下，冶金行业作为高能耗、高排放的行业之一，面临着前所未有的碳减排压力，业内亟需从高碳工艺向低碳工艺转变，加大清洁低碳能源替代煤炭的应用。其中，尤以钢铁行业为最，为实现近零排放，钢铁企业除了要积极采用低碳零碳燃料方案，还需加快数字化转型，提升整体能效和运营效率;同时，企业也必须结合利用诸如氢基炼钢、铁矿石电解，以及碳捕集、利用与封存(CCUS)等变革性技术，以达到高效脱碳。

　　氢能作为一种可制备、可运输的清洁能源，通过可再生能源生产的绿氢(GH2)，有助于构建清洁低碳安全高效的能源体系。当前，我国正积极探索氢能在冶金、化工等工业领域替代化石能源的应用空间。国家发展改革委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》提出，探索氢能冶金示范应用，将作为"十四五"时期氢能产业创新应用示范工程之一。

　　向绿氢燃料转型，无疑是推动炼钢等"碳减排困难型"行业迈向碳中和的有效手段之一。然而，当前我国氢能制备的原料以化石燃料为主，绿氢制备面临生产成本高、专用基础设施不全、能量损失较大等难题，在大规模商业化应用方面仍有一定距离。施耐德电气认为，制氢企业需要全方位加强可再生能源的整合能力，以更低成本、更高效益且更大生产规模的绿氢制备，助力更多高能耗行业企业实施碳减排。在此过程中，绿氢工厂的数字化运营能力成为高质量制氢的关键。

　　数字赋能，高效整合绿氢制备全流程

　　立足行业真实需求，施耐德电气提供绿氢一体化设计与运营解决方案，以数字化手段帮助企业减少碳足迹、降低总资本和运营支出，并最大化提升绿氢整合效率。具体而言，主要从以下四个维度赋能绿氢工厂"设计工程施工到生产运营维护"全生命周期：

　　1. 集成设计与仿真模拟：绿氢制备是电力密集型的生产流程，其能源系统设计需具备对电力和过程的仿真建模能力。

　　依托施耐德电气AVEVA Pro/II & Process Simulation工艺模拟仿真软件和AVEVA E3D Design三维设计软件，绿氢工厂可构建以生产过程机理为基础的工艺生产流程数字孪生，对多种设计和场景进行集成建模，包括天气、设备、流程、承购商需求波动和本地基础设施(当前和未来)等变量，通过模拟设备属性和在线工艺行为，对设计、建设到生产的整体设计进行寻优，实现投资回报最大化和风险最小化。其中，基于模拟仿真与工厂3D设计工具集成的数字孪生解决方案有助于：

　　● 实现各环节无缝过渡，缩减工程施工时长;

　　● 减少人为失误，以及因其导致的返工风险;

　　● 集成过程和电力设计，构建一个工程数字孪生底座;

　　● 集成能源管理和过程模拟，实现过程设备端到端的耦合联动及全面分析;

　　● 提升整体性能，并确保过程设备和配电设备之间的设计完整性。

　　在建造与交付阶段，施耐德电气提供涵盖AVEVA ERM材料和施工管理系统、AVEVA AIM资产信息管理平台(数字化交付)和AVEVA OTS操作员仿真培训系统在内的解决方案，帮助绿氢工厂搭建一个三维可视化的数字化工厂，为参与项目的设计院、施工方、设备供货商、客户建立一个跨组织协作、信息共享平台，从而能够在保证施工数据和交付数据质量的同时，减少成本浪费并优化操作工序。

　　2. 配电优化：目前，成本过高是掣肘高能耗行业向绿色氢能燃料转型的核心问题之一。根据《中国绿色氢能发展路线图》，我国绿氢的生产成本介于33.9-42.9元/千克(4.92-6.23美元/千克)之间，若要替代煤制氢，其生产成本需降至6.8-12.1元/千克(0.99-1.76美元/千克)。千兆瓦级的绿氢项目作为高能耗行业实施碳减排的关键支撑，其当前的首要任务是降低生产成本，并提高供给量，不断提升绿氢应用的市场覆盖率。

　　借助施耐德电气全新可扩展的模块化配电解决方案，绿氢工厂可有效降低绿氢的制备成本，尽可能缩小与媒制氢的成本差距。这些升级版电力架构采用标准化的紧凑型设备，能够更好地帮助工厂强化自身的可扩展性。而结合配电设计优化工具以及模块化的E-House预制式变电站等，工厂还能平稳过渡到低成本且稳健的配电方案。

　　此外，基于施耐德电气ETAP电力系统仿真软件和AVEVA工业软件的组合，工厂可覆盖绿氢耦合化工全流程，对可再生能源产电制氢用氢过程中的供能配电和工艺生产过程中的波动间歇性、安全连续性、可用性与经济性进行预测模拟，进一步挖掘数据价值，实现整体效益最大化。

　　3. 安全、高效的运营与维护(O&M)：氢气是一种易燃易爆气体，如果处理不当，容易引起火灾、爆炸等严重后果。对工厂而言，制氢过程的安全性和稳定性显得尤为重要。因此，绿氢工厂需要将能源和过程管理系统与集成安全和网络信息安全相结合。而该组合系统，还将高效集成施耐德电气EcoStruxure Foxboro DCS分布式控制系统、安全仪表系统(SIS)和能源管理系统，配合数字孪生解决方案可在项目设计阶段进一步提升安全性，并有助于：

　　● 降低资本支出;

　　● 减少硬件设备需求;

　　● 缩短工程建造及功能测试时长;

　　● 尽可能减少调试需求;

　　● 集成控制平台、预测性仿真和一体化运营、资产绩效管理，以及网络信息安全软件等。