能源一直伴隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，今天，隨著 "雙碳"在全球的共識達成。發(fā)展更為高效、綠色清潔能源，是整個社會的追求。借助于先進控制技術、數(shù)字化技術，提升能源效率，并大力發(fā)展穩(wěn)定可靠的可再生能源。
圖1-廣泛的能源領域應用
作為自動化領域的技術領導企業(yè)，貝加萊一直為能源領域提供專業(yè)的產(chǎn)品、技術與解決方案。在傳統(tǒng)水力發(fā)電機組勵磁調速系統(tǒng)、熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）、生物質發(fā)電有多年的積累（如圖1）。并且逐漸成為了可再生能源領域的先鋒軍。業(yè)務從風力發(fā)電、光伏、潮汐與波浪能，也延伸到儲能、氫能的應用領域。
貝加萊為能源領域開發(fā)的共性產(chǎn)品技術
在每個垂直領域，對于控制系統(tǒng)，都有其獨特的需求。能源系統(tǒng)對于自動化的需求是天然有著高要求，因為它的連續(xù)性生產(chǎn)需要穩(wěn)定可靠的自動控制系統(tǒng)保障。能源行業(yè)還有其自身獨特的需求，包括海裝對于船級社、高可用性設計、復雜算法、通信協(xié)作、中央管理等多個方面的需求。而貝加萊深耕其中，也針對該領域開發(fā)了獨特的軟硬件產(chǎn)品與技術，包括以下幾個方面：
->船級社認證的控制系統(tǒng)
在可再生能源領域，如海裝風力發(fā)電機組、潮汐與波浪能場景中。海上的鹽霧腐蝕會影響系統(tǒng)的長期有效工作。因此，系統(tǒng)須滿足這一嚴苛環(huán)境要求，并經(jīng)由船級社認證。
圖2-貝加萊X20系統(tǒng)經(jīng)過船級社認證
貝加萊的X20控制系統(tǒng)（如圖2），在獲得了德國勞埃德船級社（GL）的認證后，又新增挪威船級社（DNV）、韓國船級社（KR）、勞氏船級社（LR）和美國船級社（ABS）的認證。
X20組件中帶涂層的型號現(xiàn)在還適用于更寬的工作溫度范圍。它們甚至可以在低至-40°C的啟動溫度下安全地使用。擴大溫度范圍有利于其在冷藏設施和極地環(huán)境中使用。X20涂層模塊是電路板經(jīng)過特殊涂層處理的X20標準模塊，以此可以保護它們免受冷凝、有害氣體和其它環(huán)境因素的影響。
->冗余支持的需求：電力行業(yè)對于高可用性的需求是先天的，因為確保持續(xù)的電力供應無論對于醫(yī)院、數(shù)據(jù)中心還是商業(yè)與住宅都是非常重要的。因此，發(fā)電機組的運行必須處于高可靠的設計下。
X20CPU能夠為電力系統(tǒng)提供冗余的支撐，如圖3。
圖3-貝加萊冗余系統(tǒng)支持
這里的冗余包括了主控制器、網(wǎng)絡的冗余，其通過POWERLINK可以達到μS級的冗余性能，確保快速的切換。不僅包括X20 PLC，也包括APC系列的工業(yè)PC支持冗余，這些作為操作員站、工程師站、數(shù)據(jù)服務器站的基礎設施，同樣提供高可用性的服務。
->電力測量與同步專用的模塊
對于發(fā)電需要與輸配電系統(tǒng)并網(wǎng)，它需要一個測量和同步。因此，貝加萊開發(fā)了專為電力系統(tǒng)測量與并網(wǎng)同步的專業(yè)模塊，這款型號為X20CM0985的模塊被廣泛應用于電力領域的測量與并網(wǎng)。
X20CM0985的常規(guī)測量包括對線電壓、相電壓、頻率的測量（如圖4）。以及發(fā)電側相電流、電流/動態(tài)電流均值、中線電流，線電壓、相電壓、視在功率、有功/無功功率的測量。
圖4-X20CM0985-電力測量與同步模塊
該模塊最大的特點是具有同步并網(wǎng)功能，兩路同步主網(wǎng)端口可同時監(jiān)測電網(wǎng)側和發(fā)電機側的電壓、相位、頻率、相角差、電壓差等參數(shù)。模塊內部可比較判斷同步條件是否具備，當網(wǎng)側和發(fā)電側的電壓幅值、相位差、頻率差滿足一定條件時，激活并網(wǎng)功能，輸出脈沖信號觸發(fā)并網(wǎng)開關，使發(fā)電機回路輸出電能饋送到電網(wǎng)上。并對熱過流、不平衡負載、短路電流、電壓不平衡、勵磁等進行監(jiān)測。
->reACTION
每個渦輪機的一個重要測量值是轉速。相關控制器必須能夠對任何速度變化做出快速而精確的響應。憑借1 ?s的極速應用程序響應時間。reACTION技術被證明非常適合這類應用，因為測量，預處理以及必要時的響應都可以在I/O模塊中直接實現(xiàn)。
reACTION技術支持：
● 極速I/O響應
● 面向低端和高端系統(tǒng)
● 完全集成
● 開放的IEC 61131技術
● 集中的軟件管理
● 分布的程序執(zhí)行
->APROL系統(tǒng)
圖5-APROL DCS系統(tǒng)架構
APROL是一個建構在SUSE-Linux平臺的DCS系統(tǒng)（如圖5），它融合了DCS在控制算法、模型預測、先進過程控制等方面的能力外。并連接開放的數(shù)據(jù)庫、Web發(fā)布系統(tǒng)、報表、趨勢分析、智能算法的集成。APROL可以為發(fā)電機組提供整個機組單機控制，以及由多個機組構成的電場，包括像風力發(fā)電、光伏電站、沼氣發(fā)電/燃氣輪機機組群構成的電場。
->數(shù)字化的能力
除了能源電力所需的硬件軟件平臺，貝加萊還在數(shù)字化，包括對于IEC61850規(guī)約、IEC104規(guī)約、OPC UA通信架構、云平臺、MQTT等通信與數(shù)字連接、分析工具軟件的支持。也使得貝加萊可以在數(shù)字時代更好的讓能源系統(tǒng)實現(xiàn)集成。基于Hypervisor+exOS的進行IT的大數(shù)據(jù)采集與基于數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)分析，實時分析，基于人工智能的優(yōu)化參數(shù)下發(fā)給PLC。實現(xiàn)一個工控機，實時控制+IT數(shù)據(jù)智能分析的同時運行。
貝加萊能源行業(yè)解決方案
分布式能源，包括采用活塞式機組、燃氣輪機（Gas Turbine）、沼氣（Biogas）組成的熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）。CHP可以將能源利用效率提升至60%甚至以上。在船舶、醫(yī)院、園區(qū)等需要提供電力及制冷/熱需要的區(qū)域，采用活塞式/燃氣輪機控制的機組構成了獨立的系統(tǒng)。
圖6-針對燃氣輪機組的單機控制系統(tǒng)
如圖6所示，貝加萊為CHP提供了完整的控制系統(tǒng)：
->發(fā)動機管理，包括機器的狀態(tài)、策略、趨勢、報警等；
->電力測量、同步與保護：如前所述，X20CM0985確保這個任務的完成；
->各種采樣，除了電力采樣，也包括機組的轉速、振動、進出口溫度、腔室壓力等關鍵參數(shù)；
->借助于SiteManager，機組可以被遠程監(jiān)測，提供快速的服務。
圖7-來自MTU的機組配備貝加萊控制系統(tǒng)。
在全球知名的燃氣輪機機組制造商MTU Onsite Energy（如圖7），它的機組可以采用天然氣、沼氣等發(fā)電。機組從120kW-2.5MW。貝加萊提供的機組控制可以直接安裝于機體，提供電力測量與保護。
沼氣發(fā)電
來自德國的Agrikomp是知名的生物氣體發(fā)電站運營公司。目前已經(jīng)運行了大約800個沼氣電站，如圖8。
他們采用了貝加萊的APROL作為管理整個發(fā)電機組和電廠的系統(tǒng)。
APROL可以管理各種I/O、第三方儀表與分析儀器、執(zhí)行機構，支持HART、FF等協(xié)議。
APROL為機組及整廠提供工程組態(tài)、控制算法、連接、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的完整DCS能力。
圖8-沼氣發(fā)電機組
潮汐與波浪能發(fā)電
采用潮汐渦輪機（Tidal Turbine）發(fā)電也正在興起，在漲潮時蓄水，退潮利用這個水的勢能驅動水輪機組發(fā)電，如圖9。
由于潮汐發(fā)電需要工作在海岸線，因此，其對于控制系統(tǒng)的耐腐蝕性有著嚴格的要求。另一方面，考慮到系統(tǒng)的高可靠運行，同樣也需要在系統(tǒng)里支持冗余技術。
ANDRITZ采用貝加萊系統(tǒng)，在蘇格蘭建設了一個潮汐發(fā)電站。項目1期采用了3組1.5MW的潮汐發(fā)電機組。這個項目自2017年投入運用，一直處于"免服務運行"，即使出現(xiàn)模塊失效。采用控制器、總線、傳感器冗余/共享機制的系統(tǒng)，確保了它的高可靠性運行。
圖9-潮汐發(fā)電機組運行現(xiàn)場
圖10為貝加萊的冗余架構，可以支持在I/O、電源、控制器幾個方面的冗余。
圖10-X20的冗余控制系統(tǒng)支撐潮汐發(fā)電機組運行
當然，前面所述的電力采樣與同步、船級社認證的控制系統(tǒng)，同樣適用于潮汐發(fā)電機組及其管理。
而另一種發(fā)電模式為波浪能，來自Pelamis的波浪能發(fā)電，采用了180米長，4米直徑，1350噸的蛇形波浪發(fā)電機組。它可以提供750kW的發(fā)電能力，如圖11。
PELAMIS通過自己開發(fā)的POWERLINK從站控制著液壓單元。
這個機組可以支持非常高可靠的運行，由帶有總線冗余的控制站連接。獨立的單元連接到中控室。
它的設計使得這個機組在系統(tǒng)故障時，仍然處于可靠運行狀態(tài)。
圖11-波浪能發(fā)電
風力發(fā)電
風力發(fā)電作為一種清潔能源，一直處于快速的發(fā)展中。最近幾年，海基的風力發(fā)電機組成為了關注的重點領域。
風力發(fā)電機組對于控制系統(tǒng)有嚴格的環(huán)境需求。它需要進行高低溫HALT測試，以確保其在低溫環(huán)境（如零下40℃）下依然可以運行。而另一方面，海裝設備的電氣控制系統(tǒng)也要通過船級社的認證-如前所述，X20系列的PLC都已經(jīng)獲得了全球主要的船級社認證。
圖12-貝加萊海裝風力發(fā)電機組控制系統(tǒng)
功能安全系統(tǒng)
在風力發(fā)電機組上，功能安全需要確保機組和人員的安全，它需要達到IEC61508的SIL3安全等級認證，以確保機組在"風速超速"、"通信中斷"、"急停動作"等各種危險情況下的設備及人員安全，如圖13位功能安全模塊。
圖13-功能安全產(chǎn)品
貝加萊有著完整的功能安全系統(tǒng)，包括SafeLOGIC，它提供安全邏輯的控制，它可以支持數(shù)字量/模擬量的安全信號采樣。openSAFETY確保安全的通信連接，對于通信中潛在的數(shù)據(jù)丟包、失真、差值等進行處理。而SafeDesigner-為安全系統(tǒng)設計提供經(jīng)過認證的工具與軟件模塊。
在風力發(fā)電系統(tǒng)中，貝加萊的功能安全系統(tǒng)保障重值資產(chǎn)和人員的安全。
光伏發(fā)電
光伏發(fā)電正在成為新能源的主力軍，而光伏本身的生產(chǎn)屬于長流程制造業(yè)。貝加萊在光伏領域更多聚焦在光伏電池制造環(huán)節(jié)。從單晶硅爐拉制、開方切片、制絨/清洗、擴散、PECVD、絲網(wǎng)印刷、燒結到組件的組裝。光伏涵蓋了眾多的設備制造。
光伏領域隨著鈍化工藝從鋁背場、PERC、HJT、TOPcon，以及組件技術的BC、IBC等，不斷的提升著其發(fā)電效率。而更大、更薄的晶片等技術的進步，使得光伏制造的均量化度電成本（LCOE）持續(xù)下降。今天，光伏領域已經(jīng)達到了較高的經(jīng)濟性，使得其在各個能源競爭中得以處在領先地位。
貝加萊自2008年在中國進入光伏設備領域，借助于智能溫控在單晶爐/擴散/PECVD領域、張力控制技術在多線切割領域的應用，也獲得了該領域業(yè)務的長足進步。
圖14-光伏發(fā)電場
圖15-單晶爐結構簡圖
圖16-單晶爐控制系統(tǒng)功能設計
在光伏拉單晶的過程中（如圖15），需要有穩(wěn)定的溫度梯度控制，以確保長晶工藝過程的一致性。而在這個過程中對于晶體直徑、重量的控制，也使得晶棒良好的生長，為后續(xù)加工提供可靠的品質保障。考慮到長晶過程的能耗，需要對溫度進行有策略的控制，以避免不必要的能源消耗，以及內耗造成的損耗，圖16是該系統(tǒng)的一些功能設計。
圖17-PECVD設備控制
對于如圖17的PECVD設備而言，它需要根據(jù)不同的配方提供不同的溫度、壓力控制，以獲得最佳品質。溫度的控制主要聚焦在如何提供溫度的穩(wěn)定性、斜變能力。氣體壓力高精度閉環(huán)，以及在電池的處理中配方的管理。針對不同的晶圓提供不同的沉積材料和工藝的控制。
除此之外，貝加萊在光伏切片、激光焊接、電池的電路測試、電場的監(jiān)測也同樣有著應用。
除了以上，貝加萊也在新興的儲能、制氫、燃料電池領域的生產(chǎn)，開始發(fā)力，在后續(xù)將針對鋰電儲能、制氫等進行應用方案的專題介紹。