Nel Hydrogen confía en Beckhoff para sus estaciones de servicio de hidrógeno respetuosas con el medio ambiente

El hidrógeno se considera la fuente de energía del futuro. Es un componente del agua y se encuentra en prácticamente todos los compuestos orgánicos. Por lo tanto, todos los organismos vivos contienen moléculas de hidrógeno. Como fuente de energía, no produce dióxido de carbono si se obtiene con ayuda de fuentes de energía renovables como la eólica o la solar. La empresa danesa Nel Hydrogen es pionera desde hace tiempo en el campo de la tecnología de hidrógeno. Sobre la base de sus conceptos de producción de hidrógeno, Nel se ha propuesto el objetivo clave de contribuir a una movilidad respetuosa con el medio ambiente. Nel Hydrogen desarrolla estaciones de servicio y dispensadores para coches, autobuses y camiones. El control rápido en tiempo real y la supervisión de cada componente de la estación son vitales para garantizar una alta fiabilidad y bajas necesidades de mantenimiento. Las soluciones de software avanzadas se basan en tecnologías de Beckhoff.

Con sede en Herning (Dinamarca), la empresa tecnológica Nel Hydrogen se dedica fundamentalmente a desarrollar estaciones de servicio de hidrógeno. Las empresas, la ciencia y los políticos esperan que este mercado registre un rápido crecimiento en los próximos años como resultado de los crecientes esfuerzos en pos de la sostenibilidad en todas las esferas de la vida. El hidrógeno es un gas que puede almacenarse y transportarse de forma sencilla a partir de la electricidad. La conversión de la energía del hidrógeno para crear una fuente de combustible es de dos a tres veces más eficiente que los motores convencionales. Como resultado, los vehículos alimentados con hidrógeno ofrecen una autonomía mayor y utilizan menos combustible que los vehículos alimentados con combustibles convencionales. En el proceso, no emiten CO2 ni otros contaminantes como monóxido de carbono u óxidos de nitrógeno. El único producto de desecho es el agua. En la actualidad, Nel Hydrogen produce y vende más de 30 estaciones al año. Esta cifra no tardará en alcanzar las 300 unidades. Solo se tarda tres minutos en llenar el depósito de un coche de hidrógeno para conseguir una autonomía de hasta 600 km (1000 en poco tiempo).

La industria de la automoción se está replanteando su estrategia

“Observamos un cambio de estrategia entre los productores de automóviles de todo el mundo. Vendemos una parte importante de nuestras estaciones a Corea. Los productores de coches asiáticos aplican una estrategia agresiva en relación con los vehículos de cero emisiones. En EE.UU., especialmente en California, se ofrecen oportunidades de financiación atractivas para coches de hidrógeno. EE. UU. tiene el mayor mercado automovilístico del mundo y hay una alta demanda de vehículos de cero emisiones. Nos hemos preparado para una rápida expansión en nuestras instalaciones de producción a fin de responder a la demanda del mercado. Según las previsiones del mercado, en 2030 se necesitarán de 20 000 a 30 000 dispensadores de hidrógeno en todo el mundo”, apunta Michael Stefan, director jefe de gestión de productos de Nel Hydrogen.

Desarrollo del mercado

Nel Hydrogen confía en la tecnología de Beckhoff para mantenerse por delante de la competencia. El desafío consiste en avanzar en un mercado relativamente inmaduro y seleccionar las tecnologías y soluciones capaces de ofrecer a los clientes finales la misma experiencia al repostar hidrógeno que al repostar gasolina. Tiene que resultar sencillo, y el hecho de que normalmente solo haya un dispensador de hidrógeno en cada estación obliga a garantizar su funcionamiento ininterrumpido. “Hemos adoptado una posición líder para desarrollar este mercado con el objetivo de convertir el hidrógeno en una alternativa satisfactoria a la gasolina y el diésel. No solo desde una perspectiva medioambiental, sino también práctica. Utilizamos las soluciones de control de Beckhoff Automation y podemos afirmar que la estrategia de plataforma abierta de Beckhoff facilita nuestro modelo de negocio”, señala Michael Stefan.

El tiempo real es clave

El bus de campo EtherCAT y los PLC TwinCAT de Beckhoff controlan todo el proceso de repostaje. Se recopilan datos de los componentes, como la presión, la temperatura, el flujo, la detección de gas y la condición del depósito del vehículo, y todos los datos se envían a la nube. Todos los procesos y parámetros se supervisan de cerca en tiempo real, lo que permite un mantenimiento predictivo y una rápida reacción, en caso necesario. “Necesitamos PLC potentes y un procesamiento rápido de las señales para asegurarnos de que nuestros equipos son tan sofisticados como los de las gasolineras. Las estaciones de servicio se han vuelto más complejas desde la primera, desarrollada en 2003. Por lo tanto, necesitamos soluciones que nos ofrezcan las mejores opciones del mercado. Los datos en tiempo real son muy importantes. En cuestión de milisegundos los datos se capturan y se envían a la nube, hasta que el sistema de monitorización global es capaz de reaccionar. Los componentes de Beckhoff destacan por esta cualidad. Son muy pocas las limitaciones en términos de velocidad, y los estándares abiertos le permiten conectarse a todo. Los estándares abiertos, la velocidad en tiempo real y la flexibilidad son claves para nosotros”, indica Jacob Svendsen, director de tecnología y desarrollo de Nel Hydrogen.

Nel Hydrogen es uno de los pocos fabricantes de estaciones de servicio que desarrolla su propio software. La empresa cree que surgirán más soluciones orientadas a software que basadas en hardware como su único argumento de venta. “Obtenemos valiosos conocimientos y experiencia con el desarrollo de nuestras propias soluciones de software. Beckhoff nos ayuda en este sentido. La programación resulta sencilla con el entorno TwinCAT implementado en Visual Studio y la capacidad de utilizar programación orientada a objetos. Podemos reutilizar códigos de diferentes PLC, así como códigos para escalar con diferentes CPU, lo que nos permite ahorrar tiempo y recursos. Contamos con índices de escaneado rápidos para controlar mejor la normativa, los diagnósticos y la generación de informes, así como las paradas de seguridad en caso de fugas. Paralelamente, podemos reducir el consumo de energía de cada componente individual. Podemos optimizar tanto la funcionalidad como el consumo de energía de cada componente en beneficio de los clientes finales, así como del medio ambiente”, explica Jacob Svendsen. “En la actualidad, un dispensador puede atender a entre 40 y 80 coches al día, pero en un futuro próximo nuestras estaciones multiplicarán como mínimo por diez este número. Necesitamos soluciones que no solo nos permitan seguir el ritmo de los avances del mercado, sino que también nos ayuden a impulsar su evolución”, señala Michael Stefan. “Para nosotros, Beckhoff es el socio perfecto porque nos permite concentrarnos en soluciones innovadoras. En nuestro sector esto es fundamental. Afortunadamente, la distancia entre el departamento de desarrollo de Beckhoff en Alemania y la estructura de asistencia en Dinamarca es muy corta”.

¿Por qué hidrógeno para la movilidad?

El mundo necesita una nueva fuente de energía que sustituya al petróleo y el gas, y ralentice el cambio climático y el calentamiento global. El hidrógeno es el elemento con la densidad de energía más alta y puede producirse a partir de agua mediante electrólisis utilizando energías renovables. Otra ventaja del hidrógeno es que puede almacenarse fácilmente y convertirse en electricidad o puede producirse a partir de electricidad. Las fuentes de energía renovables de tipo irregular como el viento y el sol llevarán las redes al límite si no se desarrollan sistemas para almacenar la energía.

Nel Hydrogen aprovecha los siguientes componentes de Beckhoff

• CX5140 | PC integrado con procesador Intel Atom:

-TwinCAT 3 PLC controla todo el sistema y los procesos de repostaje

-TwinCAT 3 HMI se aplica como una interfaz de usuario para los usuarios finales y los empleados de las estaciones de servicio a través de un PC externo basado en navegador web (HTML5)

- TwinCAT 3 Modbus RTU se utiliza para el equipo periférico y de sensores

- Las interfaces TwinCAT 3 Modbus TCP se utilizan para la comunicación entre los dispositivos

- TwinCAT 3 IoT Communication se utiliza para gestionar datos, normalmente para el intercambiador de mensajes local

• Sistema de E/S EtherCAT

Los terminales EtherCAT utilizados abarcan desde entradas y salidas digitales EL1809/EL2809, entradas y salidas analógicas EL3058, EL3064/EL4004 y EL4024, la interfaz PT100 EL3208 y la interfaz en serie EL6021.

Beckhoff

www.beckhoff.com/ethercat

Este artículo aparece publicado en el nº 541 de Automática e Instrumentación págs. 62 a 64.