Inovația, popularizarea și aplicarea tehnologiei de producere a energiei pe bază de hidrogen -- un studiu de caz al Ally Hi-Tech
Link original:https://mp.weixin.qq.com/s/--dP1UU_LS4zg3ELdHr-Sw
Notă a editorului: Acesta este un articol publicat inițial de contul oficial Wechat: China Thinktank
Pe 23 martie, Comisia Națională pentru Dezvoltare și Reformă și Administrația Națională a Energiei din China au emis împreună planul pe termen mediu și lung pentru dezvoltarea industriei energiei pe bază de hidrogen (2021-2035) (denumit în continuare planul), care a definit atributul energetic al hidrogenului și a propus ca energia pe bază de hidrogen să fie o parte integrantă a viitorului sistem energetic național și direcția cheie a noilor industrii strategice. Vehiculele cu pile de combustie reprezintă domeniul principal de aplicare a energiei pe bază de hidrogen și un progres în dezvoltarea industrială în China.
În 2021, impulsionate de politica națională de demonstrare și aplicare a vehiculelor cu pile de combustie, cele cinci aglomerări urbane Beijing, Tianjin, Hebei, Shanghai, Guangdong, Hebei și Henan au fost lansate succesiv, a început demonstrarea și aplicarea la scară largă a 10.000 de vehicule cu pile de combustie și a fost pusă în practică dezvoltarea industriei energiei pe bază de hidrogen, impulsionată de demonstrarea și aplicarea vehiculelor cu pile de combustie.
În același timp, s-au înregistrat progrese și în aplicarea și explorarea energiei hidrogenului în domenii care nu implică transporturi, cum ar fi oțelul, industria chimică și construcțiile. În viitor, aplicațiile diversificate și multi-scenariale ale energiei hidrogenului vor aduce o cerere mare de hidrogen. Conform previziunilor Alianței Chinei pentru Energie pe bază de Hidrogen, până în 2030, cererea de hidrogen a Chinei va ajunge la 35 de milioane de tone, iar energia hidrogenului va reprezenta cel puțin 5% din sistemul energetic terminal al Chinei; până în 2050, cererea de hidrogen va fi aproape de 60 de milioane de tone, energia hidrogenului va reprezenta peste 10% din sistemul energetic terminal al Chinei, iar valoarea producției anuale a lanțului industrial va ajunge la 12 trilioane de yuani.
Din perspectiva dezvoltării industriale, industria energetică pe bază de hidrogen din China se află încă într-un stadiu incipient de dezvoltare. În procesul de aplicare, demonstrare și promovare a energiei pe bază de hidrogen, oferta insuficientă și costul ridicat al hidrogenului pentru energie au reprezentat întotdeauna o problemă dificilă, restricționând dezvoltarea industriei energetice pe bază de hidrogen din China. Fiind veriga principală a aprovizionării cu hidrogen, problemele legate de prețul franco fabrică ridicat și costurile ridicate de depozitare și transport ale hidrogenului pentru vehicule sunt încă proeminente.
Prin urmare, China trebuie să accelereze urgent inovarea, popularizarea și aplicarea tehnologiei de producție a hidrogenului cu costuri reduse, să îmbunătățească economia aplicațiilor demonstrative prin reducerea costurilor de furnizare a energiei pe bază de hidrogen, să sprijine aplicațiile demonstrative la scară largă a vehiculelor cu pile de combustie și apoi să impulsioneze dezvoltarea întregii industrii a energiei pe bază de hidrogen.
Prețul ridicat al hidrogenului este o problemă importantă în dezvoltarea industriei energetice pe bază de hidrogen din China
China este o țară mare producătoare de hidrogen. Producția de hidrogen este distribuită în industria petrochimică, chimică, de cocsificare și alte industrii. Cea mai mare parte a hidrogenului produs este utilizată ca produs intermediar pentru rafinarea petrolului, amoniac sintetic, metanol și alte produse chimice. Conform statisticilor Alianței Chineze pentru Energie cu Hidrogen, producția actuală de hidrogen în China este de aproximativ 33 de milioane de tone, în principal din cărbune, gaze naturale și alte surse de energie fosile, precum și din purificarea gazelor din subproduse industriale. Printre acestea, producția de hidrogen din cărbune este de 21,34 milioane de tone, reprezentând 63,5%. Urmată de producția de hidrogen din subproduse industriale și hidrogen din gaze naturale, cu o producție de 7,08 milioane de tone, respectiv 4,6 milioane de tone. Producția de hidrogen prin electroliza apei este relativ mică, de aproximativ 500.000 de tone.
Deși procesul industrial de producție a hidrogenului este matur, lanțul industrial este complet, iar achiziția este relativ convenabilă, aprovizionarea cu hidrogen energetic se confruntă încă cu provocări majore. Costul mai mare al materiilor prime și costul de transport pentru producția de hidrogen duce la un preț terminal mai mare de furnizare a hidrogenului. Pentru a realiza popularizarea și aplicarea pe scară largă a tehnologiei energiei pe bază de hidrogen, cheia este depășirea blocajului reprezentat de costurile ridicate de achiziție a hidrogenului și costurile de transport. Printre metodele existente de producție a hidrogenului, costul producției de hidrogen din cărbune este scăzut, dar nivelul emisiilor de carbon este ridicat. Costul consumului de energie pentru producerea de hidrogen prin electroliza apei în industriile mari este ridicat.
Chiar și cu un consum redus de energie electrică, costul producției de hidrogen este mai mare de 20 de yuani/kg. Costul redus și nivelul redus de emisii de carbon al producției de hidrogen din energia regenerabilă reprezintă o direcție importantă pentru obținerea hidrogenului în viitor. În prezent, tehnologia este în curs de maturizare, dar locația de achiziție este relativ îndepărtată, costul de transport este foarte ridicat și nu există scenarii de promovare și aplicare. Din perspectiva compoziției costurilor hidrogenului, 30 ~ 45% din prețul hidrogenului energetic reprezintă costul transportului și al umplerii cu hidrogen. Tehnologia existentă de transport al hidrogenului, bazată pe hidrogen gazos de înaltă presiune, are un volum de transport unic mai mic, o valoare economică scăzută a transportului pe distanțe lungi, iar tehnologiile de stocare și transport în stare solidă și hidrogen lichid nu sunt mature. Externalizarea hidrogenului gazos în stațiile de realimentare cu hidrogen rămâne principala cale.
În specificațiile actuale de management, hidrogenul este încă listat ca substanță chimică periculoasă. Producția industrială de hidrogen la scară largă trebuie să intre în parcul industriei chimice. Producția de hidrogen la scară largă nu corespunde cererii de hidrogen pentru vehiculele descentralizate, ceea ce duce la prețuri ridicate la hidrogen. O tehnologie de producție și realimentare cu hidrogen extrem de integrată este necesară pentru a realiza un progres. Nivelul prețurilor pentru producția de hidrogen din gaze naturale este rezonabil, ceea ce poate realiza o aprovizionare stabilă și la scară largă. Prin urmare, în zonele cu gaze naturale relativ abundente, stația integrată de producție și realimentare cu hidrogen bazată pe gaze naturale reprezintă o opțiune fezabilă de furnizare a hidrogenului și o cale realistă pentru promovarea stației de realimentare cu hidrogen, pentru a reduce costurile și a rezolva problema dificilă a realimentării în anumite zone. În prezent, există aproximativ 237 de stații integrate de producție a hidrogenului montate pe skid în lume, reprezentând aproximativ 1/3 din numărul total de stații de realimentare cu hidrogen din străinătate. Printre acestea, Japonia, Europa, America de Nord și alte regiuni adoptă pe scară largă modul de funcționare al stației integrate de producție și realimentare cu hidrogen în stație. În ceea ce privește situația internă, orașele Foshan, Weifang, Datong, Zhangjiakou și alte localități au început să exploreze proiecte pilot pentru construcția și operarea unor stații integrate de producție și realimentare cu hidrogen. Se poate prevedea că, după progresele înregistrate în ceea ce privește gestionarea hidrogenului și politicile și reglementările privind producția de hidrogen, stația integrată de producție și realimentare cu hidrogen va fi alegerea realistă pentru operarea comercială a stației de realimentare cu hidrogen.
Experiență în inovarea, popularizarea și aplicarea tehnologiei de producere a hidrogenului de la Ally Hi-Tech
În calitate de întreprindere lider în domeniul producției de hidrogen în China, Ally Hi-Tech s-a concentrat pe cercetarea și dezvoltarea de noi soluții energetice și tehnologii avansate de producție a hidrogenului încă de la înființarea sa, timp de peste 20 de ani. În domeniile tehnologiei de producție a hidrogenului din gaze naturale la scară mică, tehnologiei de producție a hidrogenului prin oxidare catalitică, metanolului, tehnologiei de producție a hidrogenului prin electroliză a apei la temperatură înaltă, tehnologiei de producție a hidrogenului prin descompunerea amoniacului, tehnologiei amoniacului sintetic la scară mică, convertorului de metanol monomer de mari dimensiuni, sistemului integrat de producție și hidrogenare a hidrogenului, tehnologiei de purificare direcțională a hidrogenului din vehicule, s-au realizat numeroase progrese în domenii tehnice de vârf, cum ar fi cele enumerate mai sus.
Continuați să promovați inovația tehnologică în producția de hidrogen.
Ally Hi-Tech consideră întotdeauna producția de hidrogen ca fiind nucleul activității sale și continuă să implementeze inovații tehnologice în producția de hidrogen, cum ar fi conversia metanolului, reformarea gazelor naturale și purificarea direcțională a hidrogenului prin PSA. Printre acestea, un singur set de echipamente de producție a hidrogenului pentru conversia metanolului, dezvoltate și proiectate independent de companie, are o capacitate de producție a hidrogenului de 20000 Nm³/h. Presiunea maximă atinge 3,3 MPa, atingând nivelul avansat internațional, cu avantajele consumului redus de energie, siguranței și fiabilității, procesului simplu, nesupravegheat etc. Compania a făcut un progres în tehnologia de producție a hidrogenului prin reformarea gazelor naturale (metoda SMR).
Tehnologia de reformare a schimbătorului de căldură este adoptată, iar capacitatea de producție a hidrogenului unui singur set de echipamente este de până la 30000 Nm³/h. Presiunea maximă poate ajunge la 3,0 MPa, costul investiției este redus considerabil, iar consumul de energie al gazelor naturale este redus cu 33%. În ceea ce privește tehnologia de purificare direcțională a hidrogenului prin adsorbție cu variație de presiune (PSA), compania a dezvoltat o varietate de seturi complete de tehnologii de purificare a hidrogenului, iar capacitatea de producție a hidrogenului unui singur set de echipamente este de 100000 Nm³/h. Presiunea maximă este de 5,0 MPa. Are caracteristici precum grad ridicat de automatizare, funcționare simplă, mediu favorabil și durată lungă de viață. A fost utilizat pe scară largă în domeniul separării gazelor industriale.
Figura 1: Echipament de producție H2 de la Ally Hi-Tech
Atenție acordată dezvoltării și promovării produselor din seria energetică pe bază de hidrogen.
În cadrul inovării tehnologiei de producție a hidrogenului și dezvoltării de produse, Ally Hi-Tech acordă atenție extinderii dezvoltării de produse în domeniul pilelor de combustie cu hidrogen din aval, promovează activ cercetarea și dezvoltarea și aplicarea catalizatorilor, adsorbenților, valvelor de control, echipamentelor modulare de producție a hidrogenului de dimensiuni reduse și sistemelor de alimentare cu pile de combustie cu durată lungă de viață, și promovează cu vigoare tehnologia și echipamentele stațiilor integrate de producție și hidrogenare a hidrogenului. În ceea ce privește promovarea produselor, calificarea profesională a departamentului de proiectare inginerească Ally Hi-Tech este cuprinzătoare. Compania se angajează să ofere produse și servicii complete pentru soluții energetice pe bază de hidrogen, iar aplicarea produselor pe piață este promovată rapid.
S-au făcut progrese în aplicarea echipamentelor de producere a hidrogenului.
În prezent, Ally Hi-Tech a construit peste 620 de echipamente pentru producerea și purificarea hidrogenului. Printre acestea, Ally Hi-Tech a promovat peste 300 de echipamente pentru producerea de hidrogen din metanol, peste 100 de echipamente pentru producerea de hidrogen din gaze naturale și peste 130 de echipamente pentru proiecte PSA de mari dimensiuni și a întreprins o serie de proiecte de producere a hidrogenului pe teme naționale.
Ally Hi-Tech a cooperat cu companii renumite din țară și din străinătate, precum Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germania, Praxair America, Iwatani Japonia, BP și așa mai departe. Este unul dintre furnizorii de servicii complete de echipamente, cu cea mai mare ofertă în domeniul echipamentelor de producție a hidrogenului de dimensiuni mici și mijlocii din lume. În prezent, echipamentele de producție a hidrogenului Ally Hi-Tech au fost exportate în 16 țări și regiuni, precum Statele Unite, Japonia, Coreea de Sud, India, Malaezia, Filipine, Pakistan, Myanmar, Thailanda și Africa de Sud. În 2019, echipamentele integrate de producție a hidrogenului din gaze naturale de a treia generație ale Ally Hi-Tech au fost exportate către American Plug Power Inc., care au fost proiectate și fabricate în deplină conformitate cu standardele americane, creând un precedent pentru exportul de echipamente de producție a hidrogenului din gaze naturale din China în Statele Unite.
Figura 2. Echipamente integrate de producție și hidrogenare a hidrogenului exportate de Ally Hi-Tech în Statele Unite
Construcția primului lot de stație integrată de producție și hidrogenare a hidrogenului.
Având în vedere problemele practice ale surselor instabile și ale prețurilor ridicate ale hidrogenului pentru energie, Ally High-Tech se angajează să promoveze aplicarea tehnologiei de producție a hidrogenului extrem de integrate și să utilizeze sistemul existent de alimentare cu metanol, rețeaua de conducte de gaze naturale și stațiile de alimentare cu GNC și GNL pentru a reconstrui și extinde stația integrată de producție și realimentare cu hidrogen. În septembrie 2021, prima stație internă integrată de producție și hidrogenare a hidrogenului din gaze naturale, în cadrul contractului general al Ally Hi-Tech, a fost pusă în funcțiune la stația de hidrogenare Foshan Gas Nanzhuang.
Stația este proiectată cu un set de unități de producție de hidrogen prin reformarea gazelor naturale, cu o capacitate de 1000 kg/zi, și un set de unități de producție de hidrogen prin electroliză a apei, cu o capacitate de 1000 kg/zi, cu o capacitate externă de hidrogenare de 1000 kg/zi. Este o stație de hidrogenare integrată tipică de tip „producție de hidrogen + compresie + stocare + umplere”. Este lider în aplicarea tehnologiei ecologice de catalizator cu schimbare largă de temperatură și de co-purificare direcțională în industrie, ceea ce îmbunătățește eficiența producției de hidrogen cu 3% și reduce eficient consumul de energie pentru producția de hidrogen. Stația are un grad ridicat de integrare, o suprafață mică și echipamente de producție de hidrogen extrem de integrate.
Producția de hidrogen în stație reduce legăturile de transport al hidrogenului și costul stocării și transportului hidrogenului, ceea ce reduce direct costul consumului de hidrogen. Stația are o interfață externă rezervată, care poate umple remorci tubulare lungi și poate servi drept stație-mamă pentru a furniza sursă de hidrogen pentru stațiile de hidrogenare din jur, formând o stație regională integrată de hidrogenare secundară. În plus, această stație integrată de producție și hidrogenare a hidrogenului poate fi, de asemenea, reconstruită și extinsă pe baza sistemului existent de distribuție a metanolului, a rețelei de conducte de gaze naturale și a altor facilități, precum și a stațiilor de benzină și a stațiilor de alimentare cu GNC și LNG, ceea ce este ușor de promovat și implementat.
Figura 3 Stație integrată de producție și hidrogenare a hidrogenului în Nanzhuang, Foshan, Guangdong
Conduce activ inovația, promovarea și aplicarea în industrie, precum și schimburile și cooperarea internațională.
În calitate de întreprindere cheie de înaltă tehnologie a Programului Național Torch, de întreprindere demonstrativă pentru o nouă economie în provincia Sichuan și de întreprindere nouă specializată și specială în provincia Sichuan, Ally Hi-Tech conduce activ inovația industrială și promovează schimburile și cooperarea internațională. Din 2005, Ally Hi-Tech a furnizat succesiv tehnologie și echipamente de producție a hidrogenului în cadrul principalelor proiecte naționale de pile de combustie 863 - stația de realimentare cu hidrogen Anting din Shanghai, stația de realimentare cu hidrogen de la Jocurile Olimpice din Beijing și stația de realimentare cu hidrogen de la Expoziția Mondială din Shanghai și a asigurat standarde înalte pentru toate proiectele de stații de producție a hidrogenului ale centrului de lansare spațială din China.
În calitate de membru al Comitetului Național de Standardizare a Energiei pe Bază de Hidrogen, Ally Hi-Tech a participat activ la construirea unui sistem de standardizare a energiei pe bază de hidrogen în țară și în străinătate, a condus elaborarea unui standard național pentru energia pe bază de hidrogen și a participat la formularea a șapte standarde naționale și a unui standard internațional. În același timp, Ally Hi-Tech a promovat activ schimburile și cooperarea internațională, a înființat Chengchuan Technology Co., Ltd. în Japonia, a dezvoltat o nouă generație de tehnologie de producție a hidrogenului, tehnologie de cogenerare SOFC și produse conexe și a desfășurat cooperări cu companii din Statele Unite, Germania și Japonia în domeniile noii tehnologii de producție a hidrogenului prin electroliza apei și tehnologiei amoniacului sintetic la scară mică. Cu 45 de brevete din China, Statele Unite și Uniunea Europeană, Ally Hi-Tech este o întreprindere tipică, bazată pe tehnologie și orientată spre export.
Sugestie de politică
Conform analizei de mai sus, pe baza inovației tehnologiei de producere a hidrogenului, Ally Hi-Tech a realizat progrese în dezvoltarea echipamentelor de producere a hidrogenului, promovarea și aplicarea echipamentelor de producere a hidrogenului, construcția și operarea stațiilor integrate de producere și realimentare cu hidrogen, ceea ce are o importanță deosebită pentru inovarea tehnologică independentă a Chinei în domeniul energiei pe bază de hidrogen și pentru reducerea costurilor consumului de energie pe bază de hidrogen. Pentru a asigura și îmbunătăți aprovizionarea cu energie pe bază de hidrogen, a accelera construirea unei rețele de alimentare cu energie pe bază de hidrogen sigure, stabile și eficiente și a construi un sistem diversificat de producție a hidrogenului, curat, cu emisii reduse de carbon și costuri reduse, China trebuie să consolideze inovarea în tehnologia de producere a hidrogenului și dezvoltarea de produse, să depășească constrângerile politicilor și reglementărilor și să încurajeze testarea de noi echipamente și modele cu potențial de piață. Prin îmbunătățirea în continuare a politicilor de sprijin și optimizarea mediului industrial, vom ajuta industria energetică pe bază de hidrogen din China să se dezvolte cu o calitate înaltă și vom sprijini puternic transformarea verde a energiei.
Îmbunătățirea sistemului de politici privind industria energiei pe bază de hidrogen.
În prezent, au fost emise „poziționarea strategică și politicile de susținere a industriei energiei hidrogenului”, însă direcția specifică de dezvoltare a industriei energiei hidrogenului nu a fost specificată. Pentru a depăși obstacolele instituționale și blocajele politice din dezvoltarea industrială, China trebuie să consolideze inovarea în politici, să formuleze norme perfecte de gestionare a energiei hidrogenului, să clarifice procesele de management și instituțiile de management pentru pregătire, depozitare, transport și umplere și să implementeze responsabilitățile departamentului responsabil de supravegherea siguranței. Să adere la modelul de aplicație demonstrativă care stimulează dezvoltarea industrială și să promoveze în mod cuprinzător dezvoltarea demonstrativă diversificată a energiei hidrogenului în transport, stocarea energiei, energia distribuită și așa mai departe.
Construiți un sistem de alimentare cu energie pe bază de hidrogen în funcție de condițiile locale.
Administrațiile locale ar trebui să ia în considerare în mod cuprinzător capacitatea de furnizare a energiei pe bază de hidrogen, baza industrială și spațiul de piață din regiune, pe baza avantajelor resurselor existente și potențiale, să selecteze metode adecvate de producție a hidrogenului în funcție de condițiile locale, să realizeze construcția unei capacități de garantare a furnizării de energie pe bază de hidrogen, să acorde prioritate utilizării hidrogenului din subproduse industriale și să se concentreze pe dezvoltarea producției de hidrogen din energie regenerabilă. Încurajarea regiunilor calificate să coopereze prin canale multiple pentru a construi un sistem local de furnizare a energiei pe bază de hidrogen cu emisii reduse de carbon, sigur, stabil și economic, pentru a satisface cererea de aprovizionare a surselor de hidrogen la scară largă.
Creșterea inovației tehnologice în echipamentele de producție a hidrogenului.
Concentrarea pe promovarea cercetării și dezvoltării, a producției și a aplicațiilor industriale a echipamentelor cheie pentru purificarea hidrogenului și producerea de hidrogen și construirea unui sistem tehnologic de dezvoltare de înaltă calitate pentru produsele de echipamente energetice pe bază de hidrogen, bazându-se pe întreprinderi avantajoase din lanțul industrial. Sprijinirea întreprinderilor lider în domeniul producției de hidrogen pentru a prelua conducerea, crearea de platforme de inovare precum centre de inovare industrială, centre de cercetare inginerească, centre de inovare tehnologică și centre de inovare în producție, abordarea problemelor cheie ale echipamentelor de producție a hidrogenului, sprijinirea întreprinderilor mici și mijlocii „specializate și speciale” pentru a participa la cercetarea și dezvoltarea tehnologiilor comune de echipamente de producție a hidrogenului și cultivarea unui număr de întreprinderi campioane unice cu o capacitate puternică și independentă de tehnologie de bază.
Consolidarea sprijinului politic pentru stațiile integrate de producție și hidrogenare a hidrogenului.
Planul subliniază că, pentru a explora noi modele, cum ar fi stațiile de hidrogen care integrează producția, stocarea și hidrogenarea hidrogenului în stație, trebuie să depășim de la bază constrângerile politice privind construcția de stații integrate. Introducerea legii naționale privind energia cât mai curând posibil pentru a determina atributul energetic al hidrogenului de la nivel superior. Eliminarea restricțiilor privind construcția de stații integrate, promovarea stațiilor integrate de producție și hidrogenare a hidrogenului și desfășurarea unor demonstrații pilot privind construcția și funcționarea stațiilor integrate în zone dezvoltate economic, cu resurse bogate de gaze naturale. Acordarea de subvenții financiare pentru construcția și funcționarea stațiilor integrate care îndeplinesc cerințele privind economia de preț și standardele de emisii de carbon, sprijinirea întreprinderilor de top relevante să aplice pentru întreprinderi naționale „specializate și speciale noi” și îmbunătățirea specificațiilor tehnice și a standardelor de siguranță ale stațiilor integrate de producție și hidrogenare a hidrogenului.
Desfășurați activ demonstrații și promovări de noi modele de afaceri.
Încurajarea inovării în modelele de afaceri sub forma producției integrate de hidrogen în stații, a stațiilor complete de alimentare cu energie pentru petrol, hidrogen și electricitate și a funcționării coordonate a „hidrogenului, vehiculelor și stațiilor”. În zonele cu un număr mare de vehicule cu pile de combustie și presiune ridicată asupra aprovizionării cu hidrogen, vom explora stații integrate pentru producerea și hidrogenarea hidrogenului din gaze naturale și vom încuraja zonele cu prețuri rezonabile la gazele naturale și funcționarea demonstrativă a vehiculelor cu pile de combustie. În zonele cu resurse abundente de energie eoliană și hidroenergetică și scenarii de aplicare a energiei pe bază de hidrogen, vom construi stații integrate de producție și hidrogenare a hidrogenului cu energie regenerabilă, vom extinde treptat scara demonstrativă, vom forma experiențe replicabile și popularizate și vom accelera reducerea emisiilor de carbon și a costurilor energiei hidrogenului.
(Autor: echipa de cercetare a industriei viitoare a Centrului de Consultanță Informațională Yiwei Zhiyuan din Beijing)
Data publicării: 29 septembrie 2022
