科学演讲秀 | 智慧“绿”动，“氢”其所能——绿氢工厂实时优化与先进控制系统
科学演讲秀
在第二十五届北京青年学术演讲比赛决赛即将到来之际，为弘扬科学家精神，彰显科技界担当，让更多感人的故事、励志的青年走向台前，为青年人才开展跨学科交流、展现前沿科技成果、弘扬科学家精神搭建平台，科协频道继续推出“科学演讲秀”栏目，展示青年科技工作者风采，让我们一起看看上届决赛选手的精彩表现。
绿氢工厂实时优化与先进控制系统
正为摇不到北京油牌苦恼，抑或是为排到了电牌而雀跃？说不定，未来的潮流会是拥有氢牌！作为我们在中学课本中最先接触的物质，氢拥有自然界最小的分子，却蕴藏着巨大的能量。氢能是一种清洁高效的能源载体和原料载体，是保障能源结构清洁化和体系多元化的重要支撑，将在推动我国“双碳”战略实施过程中发挥重要作用，并已在交通、工业以及建筑领域蓬勃发展。
中国石化工程建设有限公司朱强介绍说，目前氢能制备的方式主要包括化石原料制取的“灰氢”、利用碳捕集技术实现低碳生产的“蓝氢”以及可再生能源电解水制取的“绿氢”。随着可再生能源技术的发展及“双碳”政策的引导，“绿氢”制备与利用凭借其绿色环保、零碳排的优势，正成为氢能发展的主流趋势。
“绿氢”制备主要依托水电解工艺获得。由于产生电力的风、光资源的不确定性，制氢过程中会发生大范围负荷变化，难以保证持续、稳定供给氢源，严重制约“绿氢”的规模化应用。为了解决这一难题，朱强所在团队聚力攻坚，直面“绿氢”持续稳定供应面临的对象特征复杂、运行条件苛刻、调控优化缺乏以及全局协同困难等诸多挑战。
这些“剪不断理还乱”的挑战，应该如何化解？当朱强回到老家、看着妈妈的和面过程时，他突然有了灵感：和面时精准的水面配比、熟练掌握的加面加水时机、灵活调整的发面时间，和“绿氢”制备中的数学建模、精准调控和柔性优化蕴含着同一套过程系统工程方法论。“绿氢”制备之所以有生产波动性，正是由于难以构建系统模型、常规工业控制难以保证控制系统稳定性、系统运行调控优化手段不够丰富。
建模、控制、优化三者的协同作用才能成就合格的“面团”。朱强所在团队遂在模型再造、运行优化、先进控制、人机融合决策等方面开展攻关研究，构建可以刻画“绿氢”制备过程中各变量动态变化规律的全联立机理建模，对理想工况下的模型进一步改造和重构，采用更先进的算法探索更优、更柔性的生产操作方案，基于系统辨识进行多变量模型预测控制，并融合工艺专家的操作经验，还开发了“绿氢”工厂实时优化与先进控制软件以承载这些建设内容。
朱强所在团队努力构建起一套技术原创、工程可实施、完全自主化的“绿氢”工厂实时优化与先进控制系统，填补“绿氢”领域数字孪生的空白，成为改善能源结构、打造战略新兴产业的利器。回顾“绿氢”工厂优化控制系统的整个研发过程，朱强发现原本复杂、枯燥、晦涩的创新过程其实和日常生活有很多相通之处，学会“异中求同”，可以为创新提供更多灵感。他认为，韧劲与坚持是形容青年科技工作者的“关键词”，要积极在工作中挑大梁、担重任，在实践中练就实实在在的真本领，在奋斗中彰显敢为人先的担当。
