Pin Nhiên Liệu – Chìa Khóa Cho Xã Hội Điện Khí Hóa Toàn Diện: Vận Hành Hiệu Quả và An Toàn với Giải Pháp Tự Động Hóa Mở
Tác giả: Ong Min Yuen, Giám đốc Phát triển Kinh doanh khu vực ASEAN, Phoenix Contact
Giới thiệu
Hệ thống pin nhiên liệu là yếu tố then chốt để hiện thực hóa tầm nhìn về một Xã hội Điện khí hóa Toàn diện (All-Electric Society). Chúng cung cấp một cách thức sạch và hiệu quả để tạo ra điện, với nước là sản phẩm phụ duy nhất khi sử dụng hydro xanh. Tuy nhiên, vận hành hiệu quả, đáng tin cậy và an toàn đòi hỏi các thành phần bền vững và hệ thống tích hợp. Bài viết này khám phá những lợi thế của việc sử dụng các giải pháp công nghiệp từ Phoenix Contact trong lĩnh vực kết nối, mạng lưới và tự động hóa cho ứng dụng pin nhiên liệu.
Nguyên lý hoạt động và Tiềm năng của Pin Nhiên liệu
Pin nhiên liệu chuyển đổi năng lượng hóa học của hydro và oxy thành điện năng, nhiệt và nước thông qua phản ứng điện hóa. Khác với động cơ đốt trong, chúng không bị giới hạn bởi hiệu suất Carnot, dẫn đến hiệu suất cao hơn, không có phát thải cục bộ và tiếng ồn tối thiểu. Khi được cung cấp bởi hydro xanh sản xuất từ năng lượng tái tạo, toàn bộ chu trình trung hòa carbon.
Một số công nghệ pin nhiên liệu cũng có thể sử dụng các nhiên liệu thay thế như methanol hoặc amoniac thông qua quá trình reforming sơ bộ. Nếu các e-nhiên liệu này (e-methane, e-methanol, e-ammonia) được tổng hợp từ hydro xanh, quy trình vẫn trung hòa CO2. Mật độ năng lượng cao hơn của chúng so với hydro nguyên chất khiến chúng hứa hẹn cho ngành hàng không và vận tải biển.
Tích hợp Hệ thống Tối ưu thông qua Tự động hóa Mô-đun
Để vận hành hiệu quả và an toàn, tất cả các khu vực chức năng của hệ thống pin nhiên liệu – ngăn xếp pin, xử lý môi chất, quản lý nhiệt, điện tử công suất, an toàn và tự động hóa – phải hoạt động hài hòa. Phoenix Contact cung cấp đầu nối bền bỉ, cáp dữ liệu và cáp nguồn cho các kết nối cảm biến và cơ cấu chấp hành đáng tin cậy.
Hệ thống tự động hóa đóng vai trò là bộ não của pin nhiên liệu. Nền tảng PLCnext Technology mang lại cho nhà sản xuất sự linh hoạt để tùy chỉnh hệ thống điều khiển phù hợp với kiến trúc I/O và nhu cầu chức năng cụ thể. Nó hỗ trợ nhiều phương pháp lập trình, bao gồm các ngôn ngữ IEC 61131, ngôn ngữ cấp cao và phát triển dựa trên mô hình với Matlab/Simulink, giảm đáng kể thời gian phát triển bằng cách cho phép triển khai trực tiếp các hàm đã được kiểm thử trong mô phỏng.
Đảm bảo An toàn Chức năng và An ninh Mạng
An toàn là tối quan trọng khi xử lý hydro. Tiêu chuẩn IEC 62282-3-100 đặt ra các yêu cầu an toàn cho hệ thống pin nhiên liệu cố định. Các giải pháp bao gồm từ rơ le an toàn (PSRmodular) và bộ điều hòa tín hiệu được chứng nhận (MACX MCR) cho hệ thống đơn giản, đến các bộ điều khiển an toàn tinh vi (PLCnext Control) cho các nhiệm vụ phức tạp như giám sát các biến quá trình quan trọng.
Vì pin nhiên liệu thường được triển khai như nguồn điện phân tán (ví dụ: cho điện dự phòng), việc giám sát và bảo trì từ xa an toàn là rất cần thiết. Dòng PLCnext Control được phát triển và chứng nhận theo tiêu chuẩn bảo mật IEC 62443. Phoenix Contact bổ sung cho điều này với bộ định tuyến bảo mật FL mGuard và mGuard Secure Cloud, đảm bảo truy cập từ xa an toàn đến các cơ sở hạ tầng quan trọng.
Tóm tắt
Pin nhiên liệu được kỳ vọng sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng để phát điện phân tán và bền vững. Phoenix Contact cung cấp một danh mục toàn diện—từ cáp cảm biến, đầu nối đến nền tảng tự động hóa mở, mô-đun PLCnext Technology—đáp ứng các yêu cầu khắt khe về kết nối, thu thập dữ liệu, mạng lưới và tự động hóa. Các chuyên gia của họ cũng hỗ trợ triển khai các biện pháp an toàn chức năng và an ninh mạng trong suốt vòng đời hệ thống.
Vai trò của Pin Nhiên liệu trong Xã hội Điện khí hóa Toàn diện
Pin nhiên liệu, kết hợp với điện phân để sản xuất hydro xanh, là nền tảng cho Xã hội Điện khí hóa Toàn diện. Chúng giúp cân bằng sự biến động theo mùa và theo vùng trong sản xuất năng lượng tái tạo từ mặt trời và gió. Hơn nữa, pin nhiên liệu cho phép kết nối các lĩnh vực bằng cách liên kết sản xuất năng lượng với các lĩnh vực tiêu thụ, chẳng hạn như cung cấp điện và nhiệt cho các tòa nhà hoặc trung tâm dữ liệu.
Trong giao thông vận tải, pin nhiên liệu cung cấp một giải pháp thay thế khả thi cho pin trong các ứng dụng mà mật độ năng lượng và trọng lượng là yếu tố then chốt, như xe tải hạng nặng, đường sắt, vận tải biển và hàng không. Ở những nơi mật độ năng lượng của hydro nguyên chất là không đủ, các e-nhiên liệu giàu hydro như e-ammonia, e-methane hoặc e-methanol có thể được sử dụng.
