Иновации, популяризиране и приложение на технологията за производство на водородна енергия -- казус на Ally Hi-Tech
Оригинален линк:https://mp.weixin.qq.com/s/--dP1UU_LS4zg3ELdHr-Sw
Бележка на редактора: Това е статия, публикувана първоначално от официалния акаунт в WeChat: China Thinktank
На 23 март Националната комисия за развитие и реформи и Националната енергийна администрация на Китай съвместно публикуваха средносрочен и дългосрочен план за развитие на водородната енергетика (2021-2035 г.) (наричан по-долу „планът“), в който се определя енергийният атрибут на водорода и се предлага водородната енергия да бъде неразделна част от бъдещата национална енергийна система и ключова насока за стратегически нови индустрии. Автомобилите с горивни клетки са водеща област на приложение на водородната енергия и пробив в индустриалното развитие в Китай.
През 2021 г., водени от националната политика за демонстрации и приложения на превозни средства с горивни клетки, петте градски агломерации Пекин, Тиендзин, Хъбей, Шанхай, Гуандун, Хъбей и Хенан бяха последователно стартирани, започнаха мащабните демонстрации и приложения на 10 000 превозни средства с горивни клетки и беше внедрено на практика развитието на водородната енергийна индустрия, водена от демонстрации и приложения на превозни средства с горивни клетки.
Същевременно са постигнати пробиви и в приложението и проучването на водородната енергия в области, различни от транспорта, като стоманодобив, химическа промишленост и строителство. В бъдеще диверсифицираните и многосценарни приложения на водородната енергия ще доведат до голямо търсене на водород. Според прогнозата на Китайския алианс за водородна енергия, до 2030 г. търсенето на водород в Китай ще достигне 35 милиона тона, а водородната енергия ще представлява поне 5% от терминалната енергийна система на Китай; до 2050 г. търсенето на водород ще бъде близо 60 милиона тона, водородната енергия ще представлява повече от 10% от терминалната енергийна система на Китай, а годишната производствена стойност на индустриалната верига ще достигне 12 трилиона юана.
От гледна точка на индустриалното развитие, китайската водородна енергийна индустрия все още е в ранен етап на развитие. В процеса на приложение, демонстрации и популяризиране на водородната енергия, недостатъчното предлагане и високата цена на водорода за енергия винаги са били сериозен проблем, ограничаващ развитието на китайската водородна енергийна индустрия. Като основно звено в доставките на водород, проблемите с високата фабрична цена и високите разходи за съхранение и транспорт на водорода за превозни средства все още са налице.
Следователно, Китай спешно трябва да ускори иновациите, популяризирането и прилагането на нискобюджетни технологии за производство на водород, да подобри икономиката на демонстрационните приложения чрез намаляване на разходите за водородна енергия, да подкрепи мащабното демонстрационно приложение на превозни средства с горивни клетки и след това да стимулира развитието на цялата водородна енергийна индустрия.
Високата цена на водорода е основен проблем в развитието на водородната енергийна индустрия в Китай
Китай е голяма страна, произвеждаща водород. Производството на водород е разпределено в нефтохимическата, химическата, коксодобивната и други индустрии. По-голямата част от произведения водород се използва като междинни продукти за рафиниране на петрол, синтетичен амоняк, метанол и други химически продукти. Според статистиката на Китайския алианс за водородна енергия, настоящото производство на водород в Китай е около 33 милиона тона, главно от въглища, природен газ и други изкопаеми енергийни източници, както и от пречистването на газове от промишлени странични продукти. Сред тях, производството на водород от въглища е 21,34 милиона тона, което представлява 63,5%. Следват производството на водород от промишлени странични продукти и водород от природен газ, съответно с производство от 7,08 милиона тона и 4,6 милиона тона. Производството на водород чрез електролиза на вода е сравнително малко, около 500 000 тона.
Въпреки че процесът на промишлено производство на водород е зрял, индустриалната верига е завършена и придобиването му е сравнително удобно, доставката на водородна енергия все още е изправена пред големи предизвикателства. По-високите разходи за суровини и транспортни разходи за производството на водород водят до по-висока крайна цена на доставка на водород. За да се осъществи мащабно популяризиране и приложение на водородната енергетика, ключовото е да се преодолее пречката от високите разходи за придобиване и транспорт на водород. Сред съществуващите методи за производство на водород, разходите за производство на водород от въглища са ниски, но нивото на въглеродни емисии е високо. Разходите за енергия за производство на водород чрез водна електролиза в големите индустрии са високи.
Дори при ниски разходи за електроенергия, производствените разходи за водород са над 20 юана/кг. Ниската цена и ниското ниво на въглеродни емисии на производството на водород от отказване от възобновяема енергия са важна насока за получаване на водород в бъдеще. В момента технологията постепенно се развива, но местата за придобиване са сравнително отдалечени, транспортните разходи са много високи и няма сценарии за популяризиране и приложение. От гледна точка на състава на разходите за водород, 30 ~ 45% от цената на енергията, свързана с водород, са разходите за транспорт и зареждане с водород. Съществуващата технология за транспортиране на водород, базирана на газообразен водород под високо налягане, има по-малък обем на транспортиране с едно превозно средство, ниска икономическа стойност на транспортирането на дълги разстояния, а технологиите за съхранение и транспорт в твърдо състояние и течен водород не са достатъчно развити. Аутсорсингът на газообразен водород в станции за зареждане с водород все още е основният начин.
В настоящата спецификация за управление, водородът все още е посочен като средство за управление на опасни химикали. Производството на водород в голям мащаб трябва да навлезе в химическата промишленост. Производството на водород в голям мащаб не отговаря на търсенето на водород за децентрализирани превозни средства, което води до високи цени на водорода. Спешно е необходима високо интегрирана технология за производство и зареждане с водород, за да се постигне пробив. Ценовото ниво на производството на водород от природен газ е разумно, което може да реализира мащабни и стабилни доставки. Следователно, в райони с относително изобилие от природен газ, интегрираната станция за производство и зареждане с водород, базирана на природен газ, е осъществима опция за доставка на водород и реалистичен път за насърчаване на станцията за зареждане с водород, за да се намалят разходите и да се реши трудният проблем със зареждането с гориво в някои райони. В момента в света има около 237 монтирани на плъзгащи се интегрирани станции за производство на водород, което представлява около 1/3 от общия брой на чуждестранните станции за зареждане с водород. Сред тях Япония, Европа, Северна Америка и други региони широко възприемат режима на работа на интегрираната станция за производство и зареждане с водород в станцията. Що се отнася до вътрешната ситуация, Фошан, Вейфан, Датун, Джандзякоу и други места започнаха да проучват пилотното изграждане и експлоатация на интегрирани станции за производство и зареждане с водород. Може да се прогнозира, че след пробива в политиките и разпоредбите за управление на водорода и производството на водород, интегрираните станции за производство и зареждане с водород ще бъдат реалистичният избор за търговска експлоатация на станции за зареждане с водород.
Опит в иновациите, популяризирането и приложението на технологията за производство на водород на Ally Hi-Tech
Като водещо предприятие в областта на производството на водород в Китай, Ally Hi-Tech се фокусира върху научноизследователската и развойна дейност на нови енергийни решения и усъвършенствани технологии за производство на водород от създаването си повече от 20 години. В областта на технологиите за производство на водород в малък мащаб от природен газ, технологиите за производство на водород чрез каталитично окисление и метанол, технологиите за производство на водород чрез високотемпературна електролиза на вода, технологиите за производство на водород чрез разлагане на амоняк, технологиите за синтетичен амоняк в малък мащаб, конверторите на метанол с големи мономери, интегрираните системи за производство и хидрогениране на водород, както и технологиите за насочено пречистване на водород в превозни средства, са постигнати многобройни пробиви в авангардни технически области, като изброените по-горе.
Продължаване на насърчаването на технологичните иновации в производството на водород.
Ally Hi-Tech винаги приема производството на водород като основен приоритет на своя бизнес и продължава да внедрява технологични иновации в производството на водород, като например преобразуване на метанол, реформинг на природен газ и насочено пречистване на водород чрез PSA. Един комплект оборудване за производство на водород с преобразуване на метанол, независимо разработено и проектирано от компанията, има капацитет за производство на водород от 20000 Nm³/h. Максималното налягане достига 3,3 Mpa, достигайки международно напреднало ниво, с предимствата на ниска консумация на енергия, безопасност и надеждност, опростен процес, без надзор и т.н.; Компанията е постигнала пробив в технологията за производство на водород чрез реформинг на природен газ (SMR метод).
Използвана е технология за топлообменно реформиране, а капацитетът за производство на водород на един комплект оборудване е до 30000 Nm³/h. Максималното налягане може да достигне 3.0MPa, инвестиционните разходи са значително намалени, а консумацията на енергия от природен газ е намалена с 33%. По отношение на технологията за насочено пречистване на водород чрез адсорбция при колебания на налягането (PSA), компанията е разработила разнообразие от пълни комплекти технологии за пречистване на водород, а капацитетът за производство на водород на един комплект оборудване е 100000 Nm³/h. Максималното налягане е 5.0MPa. Тя се характеризира с висока степен на автоматизация, лесна работа, добра околна среда и дълъг експлоатационен живот. Широко се използва в областта на промишленото разделяне на газове.
Фигура 1: Комплект оборудване за производство на H2 от Ally Hi-Tech
Внимание, обърнато на разработването и популяризирането на продукти от серията водородна енергия.
Докато осъществява иновации в технологиите за производство на водород и разработва продукти, Ally Hi-Tech обръща внимание на разширяването на разработването на продукти в областта на водородните горивни клетки, активно насърчава научноизследователската и развойна дейност и приложението на катализатори, адсорбенти, контролни клапани, модулно малко оборудване за производство на водород и дълготрайни системи за захранване с горивни клетки, и енергично популяризира технологиите и оборудването на интегрирани станции за производство на водород и хидрогениране. По отношение на промотирането на продуктите, професионалната квалификация на инженерния дизайн на Ally Hi-Tech е всеобхватна. Компанията е ангажирана с предоставянето на продукти и услуги за водородна енергия на едно място, а приложението на продукта на пазара се промотира бързо.
Постигнати са пробиви в приложението на оборудване за производство на водород.
В момента Ally Hi-Tech е изградила над 620 комплекта оборудване за производство и пречистване на водород. Сред тях Ally Hi-Tech е внедрила над 300 комплекта оборудване за производство на водород от метанол, над 100 комплекта оборудване за производство на водород от природен газ и над 130 комплекта оборудване за големи проекти по PSA, като е предприела редица проекти за производство на водород с национално значение.
Ally Hi-Tech си сътрудничи с известни компании в страната и чужбина, като Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germany, Praxair America, Iwatani Japan, BP и др. Компанията е един от доставчиците на комплексни услуги за оборудване с най-голямото предлагане в света на малки и средни по размер съоръжения за производство на водород. В момента оборудването за производство на водород на Ally Hi-Tech е изнесено в 16 страни и региони, като САЩ, Япония, Южна Корея, Индия, Малайзия, Филипините, Пакистан, Мианмар, Тайланд и Южна Африка. През 2019 г. интегрираното оборудване за производство на водород от природен газ от трето поколение на Ally Hi-Tech беше изнесено на American Plug Power Inc., като беше проектирано и произведено в пълно съответствие с американските стандарти, създавайки прецедент за износ на оборудване за производство на водород от природен газ от Китай за Съединените щати.
Фигура 2. Интегрирано оборудване за производство на водород и хидрогениране, изнесено от Ally Hi-Tech за Съединените щати
Изграждане на първата партида интегрирана станция за производство на водород и хидрогениране.
С оглед на практическите проблеми, свързани с нестабилните източници и високите цени на водорода за енергия, Ally High-Tech се ангажира да насърчава прилагането на високоинтегрирана технология за производство на водород и да използва съществуващата зряла система за доставка на метанол, мрежата от тръбопроводи за природен газ, станциите за зареждане с CNG и LNG, за да реконструира и разшири интегрираната станция за производство и зареждане с водород. През септември 2021 г. първата местна интегрирана станция за производство и хидрогениране на водород от природен газ по генералния договор на Ally Hi-Tech беше пусната в експлоатация в хидрогенационната станция Nanzhuang в Фошан.
Станцията е проектирана с един комплект от инсталация за производство на водород чрез реформинг на природен газ с капацитет 1000 кг/ден и един комплект от инсталация за производство на водород чрез електролиза на вода с капацитет 100 кг/ден, с външен капацитет за хидрогениране от 1000 кг/ден. Това е типична интегрирана хидрогенираща станция тип „производство на водород + компресия + съхранение + пълнене“. Тя е водеща в прилагането на екологично чиста технология за катализатор с широк температурен диапазон и насочено ко-пречистване в индустрията, което подобрява ефективността на производството на водород с 3% и ефективно намалява консумацията на енергия за производството на водород. Станцията е с висока степен на интеграция, малка площ и високо интегрирано оборудване за производство на водород.
Производството на водород в станцията намалява транспортните връзки за водород и разходите за съхранение и транспортиране на водород, което директно намалява разходите за потребление на водород. Станцията е запазила външен интерфейс, който може да пълни дълги тръбни ремаркета и да служи като родителска станция, осигуряваща източник на водород за околните станции за хидрогениране, образувайки регионална интегрирана подстанция за хидрогениране. Освен това, тази интегрирана станция за производство и хидрогениране на водород може да бъде реконструирана и разширена въз основа на съществуващата система за разпределение на метанол, мрежа от тръбопроводи за природен газ и други съоръжения, както и бензиностанции и станции за зареждане със CNG и LNG, което е лесно за внедряване и внедряване.
Фигура 3 Интегрирана станция за производство и хидрогениране на водород в Нанджуан, Фошан, Гуандун
Активно ръководи иновациите в индустрията, промотирането и приложението им, както и международния обмен и сътрудничество.
Като ключово високотехнологично предприятие от националната програма „Torch“, демонстрационно предприятие за нова икономика в провинция Съчуан и специализирано и специално ново предприятие в провинция Съчуан, Ally Hi-Tech активно ръководи иновациите в индустрията и насърчава международния обмен и сътрудничество. От 2005 г. насам Ally Hi-Tech последователно предоставя технологии и оборудване за производство на водород в основните национални проекти за горивни клетки 863 - станция за зареждане с водород в Шанхай Антинг, станция за зареждане с водород в Пекин и станция за зареждане с водород в Шанхайското световно изложение, и осигурява всички проекти за станции за производство на водород в китайския космически център с високи стандарти.
Като член на Националния комитет по стандартизация на водородната енергия, Ally Hi-Tech участва активно в изграждането на система за стандартизация на водородната енергия в страната и чужбина, ръководи изготвянето на един национален стандарт за водородна енергия и участва във формулирането на седем национални стандарта и един международен стандарт. Същевременно Ally Hi-Tech активно насърчава международния обмен и сътрудничество, основава Chengchuan Technology Co., Ltd. в Япония, разработва ново поколение технология за производство на водород, технология за когенерация на SOFC и свързани с нея продукти, и осъществява сътрудничество с компании в Съединените щати, Германия и Япония в областта на новите технологии за производство на водород чрез електролиза на вода и технологията за синтетичен амоняк в малък мащаб. С 45 патента от Китай, Съединените щати и Европейския съюз, Ally Hi-Tech е типично технологично и експортно ориентирано предприятие.
Предложение за политика
Според горния анализ, базиран на иновациите в технологията за производство на водород, Ally Hi-Tech е постигнала пробив в разработването на оборудване за производство на водород, насърчаването и прилагането на оборудване за производство на водород, изграждането и експлоатацията на интегрирани станции за производство и зареждане с водород, което е от голямо значение за независимите технологични иновации на Китай в областта на водородната енергия и намаляването на разходите за потребление на водород. За да се осигури и подобри снабдяването с водородна енергия, да се ускори изграждането на безопасна, стабилна и ефективна мрежа за доставка на водородна енергия и да се изгради чиста, нисковъглеродна и нискобюджетна диверсифицирана система за производство на водород, Китай трябва да засили иновациите в технологиите за производство на водород и разработването на продукти, да преодолее ограниченията на политиките и разпоредбите и да насърчи първо да се изпробва ново оборудване и модели с пазарен потенциал. Чрез по-нататъшно подобряване на поддържащите политики и оптимизиране на индустриалната среда, ние ще помогнем на китайската водородна енергийна индустрия да се развива с високо качество и ще подкрепим силно зелената трансформация на енергията.
Подобряване на системата от политики в индустрията за водородна енергетика.
Понастоящем са публикувани „стратегическо позициониране и политики за подкрепа на водородната енергетика“, но конкретната насока за развитие на водородната енергетика не е уточнена. За да се преодолеят институционалните пречки и политическите пречки пред индустриалното развитие, Китай трябва да засили политическите иновации, да формулира перфектни норми за управление на водородната енергия, да изясни процесите на управление и институциите за управление на подготовката, съхранението, транспортирането и пълненето, както и да изпълни отговорностите на отговорния отдел за надзор на безопасността. Придържайте се към модела на демонстрационно приложение, който стимулира индустриалното развитие, и всеобхватно насърчавайте диверсифицираното демонстрационно развитие на водородната енергия в транспорта, съхранението на енергия, разпределената енергия и т.н.
Изградете система за водородно енергоснабдяване според местните условия.
Местните власти трябва всеобхватно да разгледат капацитета за доставка на водородна енергия, индустриалната основа и пазарното пространство в региона, въз основа на предимствата на съществуващите и потенциалните ресурси, да изберат подходящи методи за производство на водород според местните условия, да изградят капацитет за гарантиране на доставките на водородна енергия, да дадат приоритет на използването на водород като страничен продукт от промишлеността и да се съсредоточат върху развитието на производството на водород от възобновяема енергия. Да насърчават квалифицираните региони да си сътрудничат чрез множество канали за изграждане на нисковъглеродна, безопасна, стабилна и икономична местна система за доставка на водородна енергия, за да отговорят на търсенето на големи източници на водород.
Увеличаване на технологичните иновации на оборудването за производство на водород.
Фокус върху насърчаване на научноизследователската и развойна дейност, производството и промишленото приложение на ключово оборудване за пречистване на водород и производство на водород, както и изграждане на висококачествена технологична система за разработване на продукти за водородно енергийно оборудване, като се разчита на изгодни предприятия в индустриалната верига. Подкрепа на водещи предприятия в областта на производството на водород да поемат водеща роля, изграждане на иновационни платформи като центрове за индустриални иновации, инженерни изследователски центрове, технологични иновационни центрове и производствени иновационни центрове, справяне с ключови проблеми на оборудването за производство на водород, подкрепа на „специализирани и специални нови“ малки и средни предприятия за участие в научноизследователската и развойна дейност на общи технологии за оборудване за производство на водород и култивиране на редица единични предприятия-шампиони със силни независими способности за основни технологии.
Засилване на политическата подкрепа за интегрирано производство на водород и станции за хидрогениране.
В плана се посочва, че за да се проучат нови модели, като например водородни станции, интегриращи производството, съхранението и хидрогенирането на водород в станцията, е необходимо да се премахнат политическите ограничения върху изграждането на интегрирани станции от самото начало. Въвеждането на национален закон за енергетиката възможно най-скоро, за да се определи енергийният атрибут на водорода от горното ниво. Премахване на ограниченията върху изграждането на интегрирани станции, насърчаване на интегрираните станции за производство на водород и хидрогениране и провеждане на пилотни демонстрации на изграждането и експлоатацията на интегрирани станции в икономически развити райони с богати ресурси на природен газ. Осигуряване на финансови субсидии за изграждането и експлоатацията на интегрирани станции, които отговарят на изискванията за ценова икономика и стандарти за въглеродни емисии, подкрепа на съответните водещи предприятия да кандидатстват за национални „специализирани и специални нови“ предприятия и подобряване на техническите спецификации и стандарти за безопасност на интегрираните станции за производство на водород и хидрогениране.
Активно провеждайте демонстрации и популяризиране на нови бизнес модели.
Насърчаване на иновациите в бизнес моделите под формата на интегрирано производство на водород в станции, комплексни станции за енергийно снабдяване с петрол, водород и електричество и координирана експлоатация на „водород, превозни средства и станции“. В райони с голям брой превозни средства с горивни клетки и висок натиск върху доставките на водород ще проучим интегрирани станции за производство на водород и хидрогениране от природен газ и ще насърчим райони с разумни цени на природния газ и демонстрационна експлоатация на превозни средства с горивни клетки. В райони с изобилие от вятърни и водноелектрически ресурси и сценарии за приложение на водородна енергия ще изградим интегрирани станции за производство на водород и хидрогениране с възобновяема енергия, постепенно ще разширим мащаба на демонстрациите, ще формираме възпроизводим и популяризиран опит и ще ускорим намаляването на въглеродните емисии и разходите за енергия от водород.
(Автор: екип за изследвания на бъдещата индустрия на Информационно-консултантския център „Ивей Джиюан“ в Пекин)
Време на публикуване: 29 септември 2022 г.
