Инновации, популяризация и применение технологии производства водородной энергии — пример Ally Hi-Tech
Оригинальная ссылка:https://mp.weixin.qq.com/s/--dP1UU_LS4zg3ELdHr-Sw
Примечание редактора: эта статья была первоначально опубликована в официальном аккаунте Wechat: China Thinktank.
23 марта Государственный комитет по развитию и реформам Китая и Национальное энергетическое управление Китая совместно опубликовали Среднесрочный и долгосрочный план развития водородной энергетики (2021–2035 годы) (далее – План), в котором определены энергетические характеристики водорода и предложено рассматривать водородную энергетику как неотъемлемую часть будущей национальной энергетической системы и ключевое направление развития новых стратегических отраслей. Транспорт на топливных элементах является ведущей областью применения водородной энергетики и прорывом в промышленном развитии Китая.
В 2021 году в рамках национальной политики демонстрации и применения автомобилей на топливных элементах был последовательно запущен в пяти городских агломерациях: Пекине, Тяньцзине, Хэбэе, Шанхае, Гуандуне, Хэбэе и Хэнане, началась масштабная демонстрация и применение 10 000 автомобилей на топливных элементах, а также началось развитие водородной энергетики, обусловленное демонстрацией и применением автомобилей на топливных элементах.
В то же время, прорывы были достигнуты в применении и исследовании водородной энергии в нетранспортных областях, таких как сталелитейная, химическая промышленность и строительство. В будущем диверсифицированное и многосценарное применение водородной энергии приведет к большому спросу на водород. Согласно прогнозу Китайского альянса водородной энергетики, к 2030 году спрос Китая на водород достигнет 35 миллионов тонн, а водородная энергетика будет составлять не менее 5% конечной энергетической системы Китая; к 2050 году спрос на водород приблизится к 60 миллионам тонн, водородная энергетика будет составлять более 10% конечной энергетической системы Китая, а годовая стоимость продукции промышленной цепочки достигнет 12 триллионов юаней.
С точки зрения промышленного развития, водородная энергетика Китая всё ещё находится на ранней стадии развития. В процессе внедрения, демонстрации и продвижения водородной энергетики недостаточное предложение и высокая стоимость водорода всегда были серьёзной проблемой, сдерживающей развитие водородной энергетики Китая. Поскольку водород является ключевым звеном в системе поставок водорода, по-прежнему остро стоят такие проблемы, как высокая отпускная цена, а также высокая стоимость хранения и транспортировки автомобильного водорода.
Поэтому Китаю необходимо срочно ускорить внедрение инноваций, популяризацию и внедрение технологий производства недорогого водорода, повысить экономичность демонстрационного применения за счет снижения стоимости поставок водородной энергии, поддержать крупномасштабное демонстрационное применение транспортных средств на топливных элементах, а затем стимулировать развитие всей отрасли водородной энергетики.
Высокая цена на водород является серьезной проблемой для развития водородной энергетики Китая.
Китай является крупной страной-производителем водорода. Производство водорода распределено в нефтехимической, химической, коксохимической и других отраслях промышленности. Большая часть произведенного водорода используется в качестве промежуточных продуктов для нефтепереработки, синтетического аммиака, метанола и других химических продуктов. Согласно статистике Китайского альянса водородной энергетики, текущее производство водорода в Китае составляет около 33 миллионов тонн, в основном из угля, природного газа и других ископаемых источников энергии, а также очистки промышленных побочных газов. Среди них объем производства водорода из угля составляет 21,34 миллиона тонн, что составляет 63,5%. Далее следует производство промышленного побочного водорода и водорода из природного газа с объемом производства 7,08 миллиона тонн и 4,6 миллиона тонн соответственно. Производство водорода путем электролиза воды относительно невелико, около 500000 тонн.
Несмотря на то, что промышленный процесс производства водорода является зрелым, производственная цепочка завершена, а его приобретение относительно удобно, поставки энергетического водорода по-прежнему сталкиваются с серьезными проблемами. Высокая стоимость сырья и транспортных расходов при производстве водорода приводит к более высокой цене конечной поставки водорода. Для широкомасштабного распространения и применения технологий водородной энергетики ключевым является преодоление узких мест, связанных с высокой стоимостью приобретения и транспортировки водорода. Среди существующих методов производства водорода себестоимость производства водорода из угля низкая, но уровень выбросов углерода высок. Стоимость потребления энергии при производстве водорода методом электролиза воды на крупных промышленных предприятиях высока.
Даже при низкой электроэнергии себестоимость производства водорода составляет более 20 юаней/кг. Низкая себестоимость и низкий уровень выбросов углерода при производстве водорода за счет отказа от возобновляемых источников энергии являются важным направлением для получения водорода в будущем. В настоящее время технология постепенно развивается, но место приобретения относительно удалено, транспортные расходы очень высоки, и нет никакого сценария продвижения и применения. С точки зрения структуры стоимости водорода, 30 ~ 45% цены энергетического водорода составляет стоимость транспортировки и заправки водородом. Существующая технология транспортировки водорода, основанная на газообразном водороде высокого давления, имеет меньший объем транспортировки одним транспортным средством, низкую экономическую ценность транспортировки на большие расстояния, а технологии твердотельного хранения и транспортировки и жидкого водорода незрелые. Аутсорсинг газообразного водорода на водородных заправочных станциях по-прежнему является основным способом.
В действующих технических условиях водород по-прежнему относится к опасным химическим веществам. Крупномасштабное промышленное производство водорода должно быть внедрено в химический промышленный парк. Крупномасштабное производство водорода не соответствует спросу на водород для децентрализованных транспортных средств, что приводит к высоким ценам на водород. Для достижения прорыва срочно необходима высокоинтегрированная технология производства и заправки водорода. Уровень цен на производство водорода из природного газа является разумным, что позволяет обеспечить крупномасштабные и стабильные поставки. Таким образом, в регионах с относительно большим количеством природного газа интегрированные станции производства и заправки водорода на основе природного газа являются целесообразным вариантом поставок водорода и реалистичным путем продвижения водородных заправочных станций для снижения затрат и решения сложной проблемы заправки в некоторых регионах. В настоящее время в мире насчитывается около 237 интегрированных станций производства водорода на блочном шасси, что составляет около 1/3 от общего числа зарубежных водородных заправочных станций. Среди них Япония, Европа, Северная Америка и другие регионы широко применяют режим работы интегрированных станций производства и заправки водорода на станциях. Что касается внутренней ситуации, то в Фошане, Вэйфане, Датуне, Чжанцзякоу и других городах уже начались исследования по пилотному строительству и эксплуатации интегрированных станций по производству и заправке водорода. Можно прогнозировать, что после прорыва в политике и регулировании производства водорода, интегрированные станции по производству и заправке водорода станут реалистичным выбором для коммерческой эксплуатации водородных заправочных станций.
Опыт инноваций, популяризации и применения технологии производства водорода Ally Hi-Tech
Компания Ally Hi-Tech, ведущее предприятие в области производства водорода в Китае, с момента своего основания, более 20 лет, специализируется на исследованиях и разработках новых энергетических решений и передовых технологий производства водорода. В таких областях, как малотоннажное производство водорода из природного газа, каталитическое окисление метанола, высокотемпературный электролиз воды, разложение аммиака, малотоннажное производство синтетического аммиака, крупнотоннажное производство мономерного метанола, интегрированная система производства и гидрирования водорода, технология направленной очистки водорода для транспортных средств, было достигнуто множество прорывов в передовых технических областях, перечисленных выше.
Продолжать продвигать технологические инновации в производстве водорода.
Компания Ally Hi-Tech всегда рассматривала производство водорода как основу своей деятельности и постоянно внедряла технологические инновации в таких областях, как конверсия метанола, риформинг природного газа и направленная очистка водорода методом ПСА. Компания самостоятельно разработала и спроектировала комплекс оборудования для производства водорода методом конверсии метанола производительностью 20 000 нм³/ч. Максимальное давление достигает 3,3 МПа, что соответствует передовому международному уровню. Компания обладает такими преимуществами, как низкое энергопотребление, безопасность и надежность, простота процесса, отсутствие необходимости в обслуживании и т. д. Компания совершила прорыв в технологии производства водорода методом риформинга природного газа (SMR).
Применяется технология теплообменного риформинга, а производительность по водороду одного комплекта оборудования составляет до 30000 нм³/ч. Максимальное давление может достигать 3,0 МПа, что значительно снижает инвестиционные затраты, а потребление энергии природного газа сокращается на 33%. В области направленной очистки водорода методом адсорбции под давлением (PSA) компания разработала ряд полных комплектов технологий очистки водорода, а производительность по водороду одного комплекта оборудования составляет 100000 нм³/ч. Максимальное давление составляет 5,0 МПа. Он отличается высокой степенью автоматизации, простотой эксплуатации, хорошей экологичностью и длительным сроком службы. Он широко используется в области промышленного разделения газов.
Рисунок 1: Оборудование для производства H2, установленное Ally Hi-Tech
Уделено внимание разработке и продвижению продукции водородной энергетики.
Занимаясь разработкой инновационных технологий производства водорода и продуктов, Ally Hi-Tech уделяет особое внимание расширению разработки продукции в области водородных топливных элементов, активно продвигает НИОКР и внедрение катализаторов, адсорбентов, регулирующих клапанов, модульного оборудования для малогабаритного производства водорода и систем энергоснабжения на топливных элементах с длительным сроком службы, а также активно продвигает технологии и оборудование для комплексных станций производства водорода и гидрирования. В области продвижения продукции, Ally Hi-Tech обладает комплексной профессиональной квалификацией в области инженерного проектирования. Компания стремится предоставлять комплексные решения в области водородной энергетики, обеспечивая быстрое внедрение продукции на рынок.
Достигнуты прорывы в применении оборудования для производства водорода.
В настоящее время компания Ally Hi-Tech изготовила более 620 комплектов оборудования для производства и очистки водорода. В том числе, Ally Hi-Tech поставила более 300 комплектов оборудования для производства водорода из метанола, более 100 комплектов оборудования для производства водорода из природного газа и более 130 комплектов оборудования для крупных проектов КЦА, а также реализовала ряд проектов по производству водорода национального значения.
Ally Hi-Tech сотрудничает с известными компаниями в стране и за рубежом, такими как Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germany, Praxair America, Iwatani Japan, BP и так далее. Это один из поставщиков полного спектра оборудования с крупнейшим в мире предложением оборудования для производства водорода малого и среднего размера. В настоящее время оборудование для производства водорода Ally Hi-Tech экспортируется в 16 стран и регионов, таких как США, Япония, Южная Корея, Индия, Малайзия, Филиппины, Пакистан, Мьянма, Таиланд и Южная Африка. В 2019 году интегрированное оборудование третьего поколения для производства водорода из природного газа Ally Hi-Tech было экспортировано в американскую Plug Power Inc., которое было спроектировано и изготовлено в полном соответствии с американскими стандартами, что создало прецедент для экспорта китайского оборудования для производства водорода из природного газа в Соединенные Штаты.
Рисунок 2. Комплексное оборудование для производства и гидрирования водорода, экспортируемое Ally Hi-Tech в США.
Строительство первой очереди комплексной станции по производству и гидрированию водорода.
Учитывая практические проблемы, связанные с нестабильными источниками энергии и высокими ценами на водород, компания Ally High-Tech стремится продвигать внедрение высокоинтегрированной технологии производства водорода, используя существующую отлаженную систему поставок метанола, сеть газопроводов и заправочные станции сжатого природного газа (КПГ) и сжиженного природного газа (СПГ) для реконструкции и расширения интегрированной станции по производству и заправке водорода. В сентябре 2021 года на гидрогенизационной станции Наньчжуан компании Foshan Gas была введена в эксплуатацию первая в стране интегрированная станция по производству и гидрированию водорода из природного газа, построенная по генеральному контракту Ally Hi-Tech.
Станция спроектирована с одним блоком производства водорода методом риформинга природного газа производительностью 1000 кг/сутки и одним блоком производства водорода методом электролиза воды производительностью 100 кг/сутки, с внешней производительностью гидрирования 1000 кг/сутки. Это типичная интегрированная станция гидрирования, работающая по принципу «производство водорода + компрессия + хранение + заправка». Она является лидером в отрасли по применению экологически безопасных катализаторов с широким диапазоном температурных колебаний и направленной совместной очистки, что повышает эффективность производства водорода на 3% и эффективно снижает энергопотребление. Станция отличается высокой степенью интеграции, небольшой площадью и высокоинтегрированным оборудованием для производства водорода.
Производство водорода на станции сокращает количество транспортных магистралей и затраты на хранение и транспортировку водорода, что напрямую снижает стоимость его потребления. Станция имеет резервный внешний интерфейс, который может заправлять длинномерные прицепы-цистерны и служить головной станцией для обеспечения водородом соседних станций гидрирования, образуя региональную интегрированную станцию гидрирования. Кроме того, эта интегрированная станция производства и гидрирования водорода может быть реконструирована и расширена на основе существующей системы распределения метанола, сети газопроводов и других объектов, а также автозаправочных станций и заправочных станций КПГ и СПГ, что обеспечивает простоту продвижения и внедрения.
Рисунок 3. Комплексная станция производства и гидрирования водорода в Наньчжуане, Фошань, Гуандун
Активно руководит инновациями в отрасли, их продвижением и применением, а также международными обменами и сотрудничеством.
Будучи ключевым высокотехнологичным предприятием национальной программы «Факел», демонстрационным предприятием новой экономики в провинции Сычуань и специализированным новым предприятием в провинции Сычуань, Ally Hi-Tech активно продвигает инновации в отрасли и способствует международному обмену и сотрудничеству. С 2005 года Ally Hi-Tech успешно поставляла технологии и оборудование для производства водорода для крупных национальных проектов на топливных элементах (863), таких как водородная заправочная станция «Аньтин» в Шанхае, водородная заправочная станция для Олимпийских игр в Пекине и водородная заправочная станция для Всемирной выставки в Шанхае, а также обеспечивала все проекты водородных станций на космодроме Китая, соответствующие высоким стандартам.
Будучи членом национального комитета по стандартизации водородной энергетики, Ally Hi-Tech активно участвовала в создании системы стандартов водородной энергетики в стране и за рубежом, руководила разработкой одного национального стандарта водородной энергетики и участвовала в формулировании семи национальных стандартов и одного международного стандарта. В то же время Ally Hi-Tech активно продвигала международный обмен и сотрудничество, основала Chengchuan Technology Co., Ltd. в Японии, разработала новое поколение технологии производства водорода, технологию когенерации SOFC и связанную с ней продукцию, а также осуществляла сотрудничество с компаниями в США, Германии и Японии в области новой технологии производства водорода методом электролиза воды и технологии малотоннажного синтетического аммиака. Имея 45 патентов из Китая, США и Европейского союза, Ally Hi-Tech является типичным технологическим и ориентированным на экспорт предприятием.
Предложение политики
Согласно вышеприведенному анализу, на основе инноваций в технологии производства водорода, Ally Hi-Tech добилась прорывов в разработке оборудования для производства водорода, продвижении и применении оборудования для производства водорода, строительстве и эксплуатации интегрированных станций по производству и заправке водорода, что имеет большое значение для независимых технологических инноваций Китая в области водородной энергетики и снижения стоимости потребления водорода. Чтобы обеспечить и улучшить снабжение водородной энергией, ускорить строительство безопасной, стабильной и эффективной сети поставок водородной энергии и построить чистую, низкоуглеродную и недорогостоящую диверсифицированную систему производства водорода, Китаю необходимо усилить инновации в области технологий производства водорода и разработку продукции, преодолеть ограничения политики и правил, а также поощрять новое оборудование и модели с рыночным потенциалом, чтобы первыми опробовать их. Путем дальнейшего совершенствования политики поддержки и оптимизации промышленной среды мы поможем китайской водородной энергетической отрасли развиваться с высоким качеством и решительно поддержать зеленую трансформацию энергии.
Совершенствовать систему политики в области водородной энергетики.
В настоящее время разработаны «стратегические стратегии позиционирования и поддержки водородной энергетики», но конкретные направления её развития не определены. Для устранения институциональных препятствий и политических барьеров, сдерживающих развитие промышленности, Китаю необходимо усилить инновационную политику, разработать совершенные нормы управления водородной энергетикой, уточнить процессы управления и институты управления подготовкой, хранением, транспортировкой и заправкой, а также реализовать полномочия ответственных органов по надзору за безопасностью. Необходимо придерживаться модели демонстрационного применения, стимулирующей развитие промышленности, и всесторонне продвигать диверсифицированное демонстрационное развитие водородной энергетики в сфере транспорта, хранения энергии, распределенной энергетики и т. д.
Построить систему снабжения водородной энергией с учетом местных условий.
Местные органы власти должны всесторонне рассмотреть возможности поставок водородной энергии, промышленную базу и рыночное пространство в регионе, основываясь на преимуществах существующих и потенциальных ресурсов, выбрать соответствующие методы производства водорода в соответствии с местными условиями, осуществить строительство гарантированных мощностей по поставкам водородной энергии, отдать приоритет использованию водорода, полученного в качестве побочного продукта, и сосредоточиться на развитии производства водорода из возобновляемых источников энергии. Поощрять квалифицированные регионы к многоканальному сотрудничеству для создания низкоуглеродной, безопасной, стабильной и экономичной местной системы поставок водородной энергии для удовлетворения спроса на крупные источники водорода.
Повышение технологической инновации оборудования для производства водорода.
Сосредоточение внимания на содействии НИОКР, производству и промышленному применению ключевого оборудования для очистки и производства водорода, а также создание высококачественной системы разработки технологий для оборудования водородной энергетики с опорой на перспективные предприятия в производственной цепочке. Поддержка ведущих предприятий в области производства водорода с целью занять лидирующие позиции, создание инновационных платформ, таких как центр промышленных инноваций, центр инженерных исследований, центр технологических инноваций и центр производственных инноваций, решение ключевых проблем, связанных с оборудованием для производства водорода, поддержка участия «специализированных и новых» малых и средних предприятий в исследованиях и разработках общих технологий оборудования для производства водорода, а также развитие ряда предприятий-лидеров с сильным независимым потенциалом в области основных технологий.
Усилить политическую поддержку комплексных станций по производству и гидрогенизации водорода.
В Плане указано, что для изучения новых моделей, таких как водородные станции, интегрирующие производство, хранение и гидрогенизацию водорода, необходимо полностью устранить политические ограничения на строительство интегрированных станций. Необходимо как можно скорее принять национальный закон об энергетике, чтобы определить энергетические характеристики водорода на самом высоком уровне. Необходимо устранить ограничения на строительство интегрированных станций, содействовать развитию интегрированных станций по производству водорода и гидрогенизации, а также провести пилотную демонстрацию строительства и эксплуатации интегрированных станций в экономически развитых регионах с богатыми ресурсами природного газа. Предоставить финансовые субсидии на строительство и эксплуатацию интегрированных станций, отвечающих требованиям ценовой экономии и стандартам выбросов углерода, поддержать соответствующие ведущие предприятия в подаче заявок на национальные «специализированные и специальные новые» предприятия, а также улучшить технические характеристики и стандарты безопасности интегрированных станций по производству водорода и гидрогенизации.
Активно проводить демонстрацию и продвижение новых бизнес-моделей.
Поощрять инновации в бизнес-моделях, такие как комплексное производство водорода на станциях, комплексные станции энергоснабжения для нефти, водорода и электроэнергии, а также координированная работа «водорода, транспортных средств и станций». В регионах с большим количеством автомобилей на топливных элементах и высокой нагрузкой на поставки водорода мы будем изучать комплексные станции по производству и гидрированию водорода из природного газа, а также поощрять регионы с разумными ценами на природный газ и демонстрационную эксплуатацию автомобилей на топливных элементах. В регионах с богатыми ветро- и гидроэнергетическими ресурсами и возможностями применения водородной энергетики мы будем строить комплексные станции по производству и гидрированию водорода с использованием возобновляемых источников энергии, постепенно расширяя масштабы демонстрационных проектов, формируя воспроизводимый и популяризируемый опыт, а также ускоряя снижение выбросов углерода и стоимости энергетического водорода.
(Автор: исследовательская группа по исследованию индустрии будущего Пекинского информационно-консультационного центра «Ивэй Чжиюань»)
Время публикации: 29 сентября 2022 г.
