Inovácia, popularizácia a aplikácia technológie výroby vodíkovej energie -- prípadová štúdia spoločnosti Ally Hi-Tech
Pôvodný odkaz:https://mp.weixin.qq.com/s/--dP1UU_LS4zg3ELdHr-Sw
Poznámka redaktora: Tento článok pôvodne publikoval oficiálny účet na WeChat: China Thinktank
Národná rozvojová a reformná komisia a Národná energetická správa Číny spoločne vydali 23. marca strednodobý a dlhodobý plán rozvoja vodíkového energetického priemyslu (2021 – 2035) (ďalej len „plán“), v ktorom sa definoval energetický atribút vodíka a navrhol sa, že vodíková energia je neoddeliteľnou súčasťou budúceho národného energetického systému a kľúčovým smerom strategických nových priemyselných odvetví. Vozidlá s palivovými článkami sú vedúcou oblasťou využitia vodíkovej energie a prelomom v priemyselnom rozvoji Číny.
V roku 2021, v dôsledku národnej politiky demonštrácií a aplikácií vozidiel s palivovými článkami, bolo postupne spustených päť mestských aglomerácií Peking, Tianjin, Che-pej, Šanghaj, Kuang-tung, Che-pej a Henan, začali sa rozsiahle demonštrácie a aplikácie 10 000 vozidiel s palivovými článkami a do praxe sa zaviedol rozvoj odvetvia vodíkovej energie poháňaného demonštráciami a aplikáciami vozidiel s palivovými článkami.
Zároveň došlo k prelomom v aplikácii a skúmaní vodíkovej energie v oblastiach mimo dopravy, ako je oceliarsky, chemický priemysel a stavebníctvo. V budúcnosti diverzifikované a viacscenárové aplikácie vodíkovej energie prinesú veľký dopyt po vodíku. Podľa predpovede Čínskej aliancie pre vodíkovú energiu dosiahne do roku 2030 dopyt po vodíku v Číne 35 miliónov ton a vodíková energia bude tvoriť najmenej 5 % čínskeho terminálového energetického systému. Do roku 2050 sa dopyt po vodíku priblíži k 60 miliónom ton, vodíková energia bude tvoriť viac ako 10 % čínskeho terminálového energetického systému a ročná produkčná hodnota priemyselného reťazca dosiahne 12 biliónov juanov.
Z hľadiska priemyselného rozvoja sa čínsky vodíkový energetický priemysel stále nachádza v ranom štádiu vývoja. V procese aplikácie, demonštrácie a propagácie vodíkovej energie boli nedostatočné dodávky a vysoké náklady na energetické využitie vodíka vždy zložitým problémom, ktorý obmedzoval rozvoj čínskeho vodíkového energetického priemyslu. Keďže vodík je kľúčovým článkom dodávok vodíka, problémy s vysokou cenou vodíka z výroby a vysokými nákladmi na skladovanie a prepravu vozidiel sú stále výrazné.
Čína preto naliehavo potrebuje urýchliť inovácie, popularizáciu a aplikáciu nízkonákladovej technológie výroby vodíka, zlepšiť ekonomiku demonštračných aplikácií znížením nákladov na dodávku vodíkovej energie, podporiť rozsiahle demonštračné aplikácie vozidiel s palivovými článkami a následne stimulovať rozvoj celého odvetvia vodíkovej energie.
Vysoká cena vodíka je významným problémom v rozvoji čínskeho vodíkového energetického priemyslu
Čína je veľká krajina vyrábajúca vodík. Produkcia vodíka je rozdelená do petrochemického, chemického, koksárenského a iných odvetví. Väčšina vyrobeného vodíka sa používa ako medziprodukt pri rafinácii ropy, syntetickom amoniaku, metanolu a iných chemických produktoch. Podľa štatistík Čínskej aliancie pre vodíkovú energiu je súčasná produkcia vodíka v Číne približne 33 miliónov ton, najmä z uhlia, zemného plynu a iných fosílnych energetických zdrojov a z priemyselného čistenia plynov ako vedľajších produktov. Z toho produkcia vodíka z uhlia predstavuje 21,34 milióna ton, čo predstavuje 63,5 %. Nasleduje priemyselný vodík ako vedľajší produkt a vodík zo zemného plynu s produkciou 7,08 milióna ton a 4,6 milióna ton. Produkcia vodíka elektrolýzou vody je relatívne malá, približne 500 000 ton.
Hoci je proces priemyselnej výroby vodíka vyspelý, priemyselný reťazec je kompletný a jeho získavanie je relatívne pohodlné, dodávky energetického vodíka stále čelia veľkým výzvam. Vyššie náklady na suroviny a prepravné náklady na výrobu vodíka vedú k vyššej koncovej dodávkovej cene vodíka. Pre dosiahnutie rozsiahlej popularizácie a aplikácie vodíkovej energetickej technológie je kľúčové prekonať úzke miesto vysokých nákladov na získavanie a prepravu vodíka. Spomedzi existujúcich metód výroby vodíka sú náklady na výrobu uhoľného vodíka nízke, ale úroveň emisií uhlíka je vysoká. Náklady na spotrebu energie pri výrobe vodíka elektrolýzou vody vo veľkých priemyselných odvetviach sú vysoké.
Aj pri nízkej spotrebe elektriny sú náklady na výrobu vodíka viac ako 20 juanov/kg. Nízke náklady a nízka úroveň emisií uhlíka pri výrobe vodíka z opustenia obnoviteľných zdrojov energie sú dôležitým smerom pre získavanie vodíka v budúcnosti. V súčasnosti je technológia postupne vyspelá, ale miesta jej získavania sú relatívne vzdialené, náklady na prepravu sú veľmi vysoké a neexistuje žiadny scenár propagácie a použitia. Z hľadiska zloženia nákladov na vodík tvoria náklady na prepravu a plnenie vodíka 30 ~ 45 % ceny energie na vodík. Existujúca technológia prepravy vodíka založená na vysokotlakovom plynnom vodíku má menší objem prepravy na jedno vozidlo, nízku ekonomickú hodnotu diaľkovej prepravy a technológie skladovania a prepravy v pevnom skupenstve a kvapalného vodíka nie sú vyspelé. Outsourcing plynného vodíka v čerpacích staniciach na vodík je stále hlavným smerom.
V súčasnej špecifikácii riadenia je vodík stále uvedený ako systém riadenia nebezpečných chemikálií. Veľkoobjemová priemyselná výroba vodíka musí vstúpiť do chemického priemyslu. Veľkoobjemová výroba vodíka nezodpovedá dopytu po vodíku pre decentralizované vozidlá, čo vedie k vysokým cenám vodíka. Na dosiahnutie prelomu je naliehavo potrebná vysoko integrovaná technológia výroby a dopĺňania vodíka. Cenová hladina výroby vodíka zo zemného plynu je primeraná, čo umožňuje realizovať rozsiahle a stabilné dodávky. Preto v oblastiach s relatívne bohatým zemným plynom je integrovaná stanica na výrobu a dopĺňanie vodíka na báze zemného plynu uskutočniteľnou možnosťou dodávok vodíka a realistickou cestou k propagácii čerpacích staníc na vodík s cieľom znížiť náklady a vyriešiť zložitý problém dopĺňania paliva v niektorých oblastiach. V súčasnosti existuje na svete približne 237 integrovaných staníc na výrobu vodíka namontovaných na šmykovej konštrukcii, čo predstavuje približne 1/3 celkového počtu zahraničných čerpacích staníc na vodík. Medzi nimi Japonsko, Európa, Severná Amerika a ďalšie regióny široko prijímajú prevádzkový režim integrovanej stanice na výrobu a dopĺňanie vodíka v čerpacej stanici. Pokiaľ ide o domácu situáciu, Foshan, Weifang, Datong, Zhangjiakou a ďalšie miesta začali skúmať pilotné projekty výstavby a prevádzky integrovaných staníc na výrobu a dopĺňanie vodíka. Dá sa predpokladať, že po prelome v oblasti riadenia vodíka a politík a predpisov týkajúcich sa výroby vodíka bude integrovaná stanica na výrobu a dopĺňanie vodíka realistickou voľbou pre komerčnú prevádzku čerpacích staníc na vodík.
Skúsenosti s inováciami, popularizáciou a aplikáciou technológie výroby vodíka od spoločnosti Ally Hi-Tech
Spoločnosť Ally Hi-Tech, ako popredný podnik v oblasti výroby vodíka v Číne, sa od svojho založenia už viac ako 20 rokov zameriava na výskum a vývoj nových energetických riešení a pokročilých technológií výroby vodíka. V oblastiach technológie maloobjemovej výroby vodíka zo zemného plynu, technológie výroby vodíka katalytickou oxidáciou metanolu, technológie výroby vodíka elektrolýzou vody pri vysokých teplotách, technológie výroby vodíka rozkladom amoniaku, technológie maloobjemového syntetického amoniaku, konvertora metanolu s veľkým monomérom, integrovaného systému výroby a hydrogenácie vodíka a technológie smerového čistenia vodíka vo vozidlách sa dosiahlo mnoho prelomov v špičkových technických oblastiach, ako sú uvedené vyššie.
Pokračovať v podpore technologických inovácií vo výrobe vodíka.
Spoločnosť Ally Hi-Tech vždy berie výrobu vodíka ako jadro svojho podnikania a neustále zavádza technologické inovácie v oblasti výroby vodíka, ako je konverzia metanolu, reformovanie zemného plynu a smerové čistenie vodíka metódou PSA. Medzi nimi jedna sada zariadení na výrobu vodíka na konverziu metanolu, nezávisle vyvinutá a navrhnutá spoločnosťou, má kapacitu výroby vodíka 20 000 Nm³/h. Maximálny tlak dosahuje 3,3 MPa, čo predstavuje medzinárodnú pokročilú úroveň s výhodami nízkej spotreby energie, bezpečnosti a spoľahlivosti, jednoduchého procesu, bezobslužnosti atď. Spoločnosť dosiahla prelom v technológii výroby vodíka reformovaním zemného plynu (metóda SMR).
Používa sa technológia reformovania výmeny tepla a kapacita výroby vodíka jednej sady zariadení je až 30 000 Nm³/h. Maximálny tlak môže dosiahnuť 3,0 MPa, investičné náklady sa výrazne znížia a spotreba energie zemného plynu sa zníži o 33 %. Pokiaľ ide o technológiu smerového čistenia vodíka adsorpciou pri kolísavom tlaku (PSA), spoločnosť vyvinula rôzne kompletné sady technológií čistenia vodíka a kapacita výroby vodíka jednej sady zariadení je 100 000 Nm³/h. Maximálny tlak je 5,0 MPa. Vyznačuje sa vysokým stupňom automatizácie, jednoduchou obsluhou, dobrým prostredím a dlhou životnosťou. Široko sa používa v oblasti priemyselnej separácie plynov.
Obrázok 1: Zariadenie na výrobu H2 od spoločnosti Ally Hi-Tech
Pozornosť venovaná vývoju a propagácii produktov série vodíkovej energie.
Pri vykonávaní inovácií v oblasti technológií výroby vodíka a vývoja produktov spoločnosť Ally Hi-Tech venuje pozornosť rozširovaniu vývoja produktov v oblasti následných vodíkových palivových článkov, aktívne podporuje výskum, vývoj a aplikáciu katalyzátorov, adsorbentov, regulačných ventilov, modulárnych malých zariadení na výrobu vodíka a systémov napájania palivovými článkami s dlhou životnosťou a dôrazne propaguje technológie a zariadenia integrovanej stanice na výrobu vodíka a hydrogenácie. Pokiaľ ide o propagáciu produktov, profesionálna kvalifikácia spoločnosti Ally Hi-Tech v oblasti inžinierskeho dizajnu je komplexná. Spoločnosť sa zaviazala poskytovať komplexné riešenia pre vodíkovú energiu a rýchlo sa presadzuje na trhu s produktmi.
V aplikácii zariadení na výrobu vodíka došlo k prelomom.
V súčasnosti spoločnosť Ally Hi-Tech vyrobila viac ako 620 sád zariadení na výrobu a čistenie vodíka. Spomedzi nich spoločnosť Ally Hi-Tech dodala viac ako 300 sád zariadení na výrobu vodíka v metanolu, viac ako 100 sád zariadení na výrobu vodíka v zemnom plyne a viac ako 130 sád zariadení na rozsiahle projekty PSA a realizovala množstvo projektov výroby vodíka s celoštátnou tematikou.
Spoločnosť Ally Hi-Tech spolupracuje so známymi spoločnosťami doma aj v zahraničí, ako napríklad Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germany, Praxair America, Iwatani Japan, BP a tak ďalej. Je jedným z najkomplexnejších poskytovateľov služieb v oblasti zariadení s najväčšou ponukou v oblasti malých a stredných zariadení na výrobu vodíka na svete. V súčasnosti sa zariadenia na výrobu vodíka od spoločnosti Ally Hi-Tech vyvážajú do 16 krajín a regiónov, ako sú Spojené štáty, Japonsko, Južná Kórea, India, Malajzia, Filipíny, Pakistan, Mjanmarsko, Thajsko a Južná Afrika. V roku 2019 bolo integrované zariadenie na výrobu vodíka zo zemného plynu tretej generácie od spoločnosti Ally Hi-Tech vyvezené spoločnosti American Plug Power Inc., ktoré bolo navrhnuté a vyrobené v plnom súlade s americkými normami, čím sa vytvoril precedens pre export čínskych zariadení na výrobu vodíka zo zemného plynu do Spojených štátov.
Obrázok 2. Integrované zariadenie na výrobu vodíka a hydrogenáciu, ktoré spoločnosť Ally Hi-Tech vyváža do Spojených štátov
Výstavba prvej várky integrovanej stanice na výrobu vodíka a hydrogenáciu.
Vzhľadom na praktické problémy nestabilných zdrojov a vysokých cien vodíka na výrobu energie sa spoločnosť Ally High-Tech zaviazala podporovať aplikáciu vysoko integrovanej technológie výroby vodíka a využívať existujúci vyspelý systém zásobovania metanolom, sieť plynovodov na zemný plyn, čerpacie stanice CNG a LNG na rekonštrukciu a rozšírenie integrovanej stanice na výrobu a dopĺňanie vodíka. V septembri 2021 bola v hydrogenačnej stanici Nanzhuang vo Foshane uvedená do prevádzky prvá domáca integrovaná stanica na výrobu a hydrogenáciu vodíka zo zemného plynu.
Stanica je navrhnutá s jednou sadou jednotky na výrobu vodíka reformovaním zemného plynu s kapacitou 1000 kg/deň a jednou sadou jednotky na výrobu vodíka elektrolýzou vody s kapacitou 100 kg/deň s externou hydrogenačnou kapacitou 1000 kg/deň. Ide o typickú integrovanú hydrogenačnú stanicu typu „výroba vodíka + kompresia + skladovanie + plnenie“. V priemysle je lídrom v používaní ekologickej technológie katalyzátora so širokým spektrom teplotných zmien a smerového ko-čistenia, čo zvyšuje účinnosť výroby vodíka o 3 % a účinne znižuje spotrebu energie pri výrobe vodíka. Stanica má vysokú integráciu, malú podlahovú plochu a vysoko integrované zariadenie na výrobu vodíka.
Výroba vodíka v stanici znižuje prepravné prepojenia vodíka a náklady na skladovanie a prepravu vodíka, čo priamo znižuje náklady na spotrebu vodíka. Stanica má vyhradené externé rozhranie, ktoré môže plniť dlhé rúrové návesy a slúžiť ako materská stanica na zabezpečenie zdroja vodíka pre okolité hydrogenačné stanice, čím vytvára regionálnu hydrogenačnú podmaterskú integrovanú stanicu. Okrem toho je možné túto integrovanú stanicu na výrobu a hydrogenáciu vodíka rekonštruovať a rozširovať aj na základe existujúceho systému distribúcie metanolu, siete plynovodov zemného plynu a ďalších zariadení, ako aj čerpacích staníc a čerpacích staníc CNG a LNG, čo sa ľahko propaguje a implementuje.
Obrázok 3 Integrovaná stanica na výrobu a hydrogenáciu vodíka v Nanzhuang, Foshan, Guangdong
Aktívne vedie inovácie v priemysle, propagáciu a aplikácie a medzinárodné výmeny a spoluprácu.
Ako kľúčový high-tech podnik národného programu Torch, demonštračný podnik novej ekonomiky v provincii S'-čchuan a špecializovaný a špeciálny nový podnik v provincii S'-čchuan, spoločnosť Ally Hi-Tech aktívne vedie inovácie v priemysle a podporuje medzinárodnú výmenu a spoluprácu. Od roku 2005 spoločnosť Ally Hi-Tech postupne dodávala technológie a zariadenia na výrobu vodíka v rámci hlavných národných projektov palivových článkov 863 – čerpacej stanice vodíka Shanghai Anting, čerpacej stanice vodíka na olympijských hrách v Pekingu a čerpacej stanice vodíka na Svetovej výstave v Šanghaji a dodávala všetky projekty staníc na výrobu vodíka v čínskom vesmírnom stredisku s vysokými štandardmi.
Ako člen národného výboru pre štandardizáciu vodíkovej energie sa spoločnosť Ally Hi-Tech aktívne podieľala na budovaní systému štandardov pre vodíkovú energiu doma aj v zahraničí, viedla návrh jedného národného štandardu pre vodíkovú energiu a podieľala sa na formulovaní siedmich národných a jedného medzinárodného štandardu. Zároveň spoločnosť Ally Hi-Tech aktívne podporovala medzinárodnú výmenu a spoluprácu, založila spoločnosť Chengchuan Technology Co., Ltd. v Japonsku, vyvinula novú generáciu technológie výroby vodíka, technológiu kogenerácie SOFC a súvisiace produkty a spolupracovala so spoločnosťami v Spojených štátoch, Nemecku a Japonsku v oblasti novej technológie výroby vodíka elektrolýzou vody a technológie syntetického amoniaku v malom rozsahu. So 45 patentmi z Číny, Spojených štátov a Európskej únie je spoločnosť Ally Hi-Tech typickým technologicky orientovaným a exportne orientovaným podnikom.
Návrh politiky
Podľa vyššie uvedenej analýzy, založenej na inovácii technológie výroby vodíka, spoločnosť Ally Hi-Tech dosiahla prelom vo vývoji zariadení na výrobu vodíka, propagácii a aplikácii zariadení na výrobu vodíka, výstavbe a prevádzke integrovanej stanice na výrobu a dopĺňanie vodíka, čo má veľký význam pre nezávislú technologickú inováciu Číny v oblasti vodíkovej energie a zníženie nákladov na spotrebu vodíka. S cieľom zabezpečiť a zlepšiť dodávky vodíkovej energie, urýchliť výstavbu bezpečnej, stabilnej a efektívnej siete dodávok vodíkovej energie a vybudovať čistý, nízkouhlíkový a nízkonákladový diverzifikovaný systém výroby vodíka musí Čína posilniť inovácie v technológii výroby vodíka a vývoj produktov, prelomiť obmedzenia politík a predpisov a podporiť vyskúšanie nových zariadení a modelov s trhovým potenciálom ako prvých. Ďalším zlepšovaním podporných politík a optimalizáciou priemyselného prostredia pomôžeme čínskemu vodíkovému energetickému priemyslu rozvíjať sa s vysokou kvalitou a silne podporíme zelenú transformáciu energie.
Zlepšiť systém politík v odvetví vodíkovej energie.
V súčasnosti boli vydané „strategické umiestnenie a podporné politiky vodíkového energetického priemyslu“, ale konkrétny smer rozvoja vodíkového energetického priemyslu nebol špecifikovaný. Aby sa prekonali inštitucionálne prekážky a politické úzke miesta priemyselného rozvoja, Čína musí posilniť politické inovácie, formulovať dokonalé normy riadenia vodíkovej energie, objasniť procesy riadenia a inštitúcie riadenia prípravy, skladovania, prepravy a plnenia a implementovať zodpovednosti zodpovedného oddelenia bezpečnostného dohľadu. Dodržiavať model demonštračných aplikácií, ktoré poháňajú priemyselný rozvoj, a komplexne podporovať diverzifikovaný demonštračný rozvoj vodíkovej energie v doprave, skladovaní energie, distribuovanej energii atď.
Vybudujte systém zásobovania vodíkovou energiou podľa miestnych podmienok.
Miestne samosprávy by mali komplexne zvážiť kapacitu dodávok vodíkovej energie, priemyselnú základňu a trhový priestor v regióne na základe výhod existujúcich a potenciálnych zdrojov, vybrať vhodné metódy výroby vodíka podľa miestnych podmienok, realizovať výstavbu kapacít na garantované dodávky vodíkovej energie, uprednostniť využitie priemyselného vodíka ako vedľajšieho produktu a zamerať sa na rozvoj výroby vodíka z obnoviteľných zdrojov energie. Povzbudzovať kvalifikované regióny k spolupráci prostredníctvom viacerých kanálov s cieľom vybudovať nízkouhlíkový, bezpečný, stabilný a ekonomický lokálny systém dodávok vodíkovej energie s cieľom uspokojiť dopyt po dodávkach z rozsiahlych zdrojov vodíka.
Zvýšiť technologickú inováciu zariadení na výrobu vodíka.
Zamerať sa na podporu výskumu a vývoja, výroby a priemyselného využitia kľúčových zariadení na čistenie vodíka a výrobu vodíka a vybudovať vysokokvalitný systém vývojových technológií pre produkty vodíkových energetických zariadení s opieraním sa o výhodné podniky v priemyselnom reťazci. Podporovať popredné podniky v oblasti výroby vodíka, aby sa ujali vedenia, vytvárať inovačné platformy, ako sú priemyselné inovačné centrá, centrá inžinierskeho výskumu, centrá technologických inovácií a centrá výrobných inovácií, riešiť kľúčové problémy zariadení na výrobu vodíka, podporovať „špecializované a špeciálne nové“ malé a stredné podniky, aby sa podieľali na výskume a vývoji spoločných technológií zariadení na výrobu vodíka, a pestovať množstvo samostatných lídrov so silnou nezávislosťou v oblasti základných technológií.
Posilniť politickú podporu pre integrovanú výrobu vodíka a hydrogenačné stanice.
Plán zdôrazňuje, že na preskúmanie nových modelov, ako sú vodíkové stanice integrujúce výrobu, skladovanie a hydrogenáciu vodíka v stanici, musíme od základov prelomiť politické obmedzenia výstavby integrovaných staníc. Čo najskôr zaviesť národný energetický zákon, ktorý určí energetický atribút vodíka z vyššej úrovne. Prelomiť obmedzenia výstavby integrovaných staníc, podporovať integrované stanice na výrobu vodíka a hydrogenáciu a uskutočniť pilotné demonštrácie výstavby a prevádzky integrovaných staníc v ekonomicky rozvinutých oblastiach s bohatými zdrojmi zemného plynu. Poskytnúť finančné dotácie na výstavbu a prevádzku integrovaných staníc, ktoré spĺňajú požiadavky cenovej hospodárnosti a noriem emisií uhlíka, podporiť príslušné popredné podniky, aby sa uchádzali o národné „špecializované a špeciálne nové“ podniky a zlepšiť bezpečnostné technické špecifikácie a normy integrovaných staníc na výrobu vodíka a hydrogenáciu.
Aktívne vykonávať demonštrácie a propagáciu nových obchodných modelov.
Podporovať inovácie obchodných modelov vo forme integrovanej výroby vodíka v čerpacích staniciach, komplexných staníc na zásobovanie ropou, vodíkom a elektrinou energiou a koordinovanej prevádzky „vodíka, vozidiel a staníc“. V oblastiach s veľkým počtom vozidiel s palivovými článkami a vysokým tlakom na dodávky vodíka budeme skúmať integrované stanice na výrobu vodíka a hydrogenáciu zo zemného plynu a budeme podporovať oblasti s rozumnými cenami zemného plynu a demonštračnú prevádzku vozidiel s palivovými článkami. V oblastiach s bohatými zdrojmi veternej a vodnej energie a scenármi využitia vodíkovej energie budeme budovať integrované stanice na výrobu vodíka a hydrogenáciu s využitím obnoviteľných zdrojov energie, postupne rozširovať rozsah demonštrácií, vytvárať replikovateľné a popularizované skúsenosti a urýchľovať znižovanie emisií uhlíka a nákladov na energiu z vodíka.
(Autor: výskumný tím pre budúci priemysel z Pekinského informačného konzultačného centra Yiwei Zhiyuan)
Čas uverejnenia: 29. septembra 2022
