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ADIPEC 2023 -变革性氢项目
Nishadi戴维斯
美洲碳咨询主管
联邦投资为私营部门与联邦机构合作启动氢经济创造了前所未有的机会. 美国能源部(DOE)的两党基础设施法包括9美元.50亿美元[1] 在清洁氢激励方面，旨在建立几个区域清洁氢中心. 在我们向清洁能源过渡的过程中，这将进一步加强能源安全，并使许多部门脱碳.
氢是一种多功能的能源载体，其应用范围遍及许多行业，如炼油, 氨和钢铁生产. 这使我们能够 利用现有的资产和基础设施 通过结合一系列新技术，为区域氢中心奠定基础，扩大氢经济的规模. 而最近建立这些中心的重点是为中心内的单个资产开发解决方案, 氢气枢纽的支柱将是将单个资产连接在一起的控制系统. 这意味着系统集成将在这些项目的成功中发挥关键作用.
氢气轮毂的解剖结构可以分为四个部分:氢气生产(制造), 氢储存和氢运输(移动), 和发电(使用它).
每一段都可以进一步划分. 制氢, 例如, 会不会经过不同生产者的不同工艺. 生产方法将包括现有的化石燃料设施，使用蒸汽甲烷重整，可能会通过增加碳捕获装置实现现代化, 新建电解槽和生物质设施. 在这些过程中产生的氢气将需要被运输到储存设施或发电装置. 这些不同的部分需要有效地监测和有效地控制，以确保一个强大的氢网络.
因为建立枢纽需要能源行业的多个合作伙伴, 每个集线器中的控制系统将具有来自许多供应商的不同系统范围, 以及广泛的功能和通信协议. 因此，有必要建立某种形式的监督控制系统，将所有单独的控制集成到一个集中的系统中，以便在任何给定时间准确地了解整个枢纽发生的情况.
让我们看一下氢气枢纽建立所需的控制系统架构.
集成(SCADA和分布式/嵌入式)控制
设计一个无缝的操作系统, 控制系统集成计划需要在枢纽规划的早期阶段制定，而不是事后考虑. 系统集成商或集成商必须考虑现有的网络架构, 以及为未来的扩张做好充分的计划，因为枢纽的发展将分阶段展开并继续扩张.
为了准确地描述整个氢中心的情况, 控制系统应监督电解槽和其他制氢装置, 监控管道活动, 控制电化学燃料电池与电网的接口, 并与安全仪表系统(SIS)接口. 这意味着来自plc的数据, 在远程/SCADA系统的帮助下，DCS和SIS系统都将汇聚到一个中心位置. 需要对先进的应用进行评估，以便将氢枢纽与电网和天然气电网结合起来, 管理电网平衡.
安全系统
因为氢极易挥发, 安全系统的实施是轮毂集成的关键部分. 因为氢的使用在各行各业都很普遍, 规定, 的指导方针, 并且已经存在规范和标准，以促进工业氢使用的安全指导方针. 除了现有的规定, 目前已经建立了促进氢和燃料电池商业化的规范和标准体系. 保护层分析(IEC 61511/ISA84)将继续管理安全仪表系统(SIS)的安全完整性级别(SIL)实施。. 氢气枢纽集中控制室将需要与安全系统接口，以方便远程关闭，并在异常事件期间采取必要的控制行动.
人机界面(HMI)，报警和生产，需求分析
控制室操作员将需要看到整个氢气中心，而不需要将不必要的数据加载到图形上. HMI的结构应使操作人员能够迅速发现异常情况，并立即采取措施纠正任何问题. 高性能图形, 应制定ISA-101人机界面标准，以便向操作员提供有用的信息，而不是数据点过多. 显示层次结构对氢枢纽HMI的发展至关重要，因为庞大的资产网络集成到一个中央系统中. 应该提前进行分析，以确定如何构建这个层次结构，以及如何在未来的资产连接到集线器时最好地集成它们.
报警合理化
一个强大的报警系统将成为氢枢纽中央控制系统的重要组成部分，使操作员能够快速警报整个氢枢纽的异常情况. 报警合理化(按照ANSI/ISA-18).2)将减少警报激活和滋扰警报的数量. 下面的合理化, 警报系统将导致控制室操作员的快速反应，他们知道警报系统可以被信任，只报告必要的事件, 从而减少自满情绪.
它/ OT基础设施
近年来的技术进步推动了IT和OT系统的融合, 但是理解每个系统的目的是很重要的. OT系统优先考虑维护可靠和安全的生产操作，而IT系统优先考虑保护业务数据. 多个不同的私人实体将形成由不同设备供应商和通信技术组成的氢枢纽网络. 需要仔细规划，以便企业可以与整个中心共享重要的生产数据, 同时保护自己的业务网络，并确保整体系统的安全性和完整性，符合基于IEC/ISA 62443的工业控制系统(ICS). 反过来，氢气中心可能需要自己独立的IT网络基础设施. 这种网络架构的早期规划允许在与所有涉及的私有实体相关的网络之间简化通信.
网络安全
网络安全是IT/OT基础设施规划的一部分. 正如ANSI/ISA/IEC 62443所强调的那样，传统的IT风险评估不能完全捕获OT级别的过程风险. 这就是作为CHAZOP(控制系统HAZOP方法)一部分的新网络风险评估有用的地方. 执行CHAZOP使我们能够系统地识别具有健康的OT级别的关键风险, 安全和环境影响. 执行CHAZOP将有助于利益相关者和决策者识别整个氢枢纽的真正风险，并采取适当的缓解措施.
创建有效的氢生态系统
氢生态系统的各个部分只有在彼此能够有效运作的情况下才能共同发挥作用. 控制系统和网络规划应在集线器开发阶段早期开始，以确保通信, 数据和信息被整合, 并且跨实体进行精简. 在硬件购买阶段定义通信协议, 预先确定所有必要的硬件接口是规划过程的关键. 另外, 在集线器开发的后期阶段，试图拼凑通信链路既昂贵又耗时. 控制系统规划在氢枢纽发展中应优先考虑，系统地设计一个强大的控制基础设施，帮助实现, 更有效地移动和使用氢.
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