Новости

Инновации, популяризация и применение технологий производства водородной энергии — пример компании Ally Hi-Tech.

Оригинальная ссылка:https://mp.weixin.qq.com/s/--dP1UU_LS4zg3ELdHr-Sw
Примечание редактора: Эта статья первоначально была опубликована в официальном аккаунте WeChat: China Thinktank.

23 марта Национальная комиссия по развитию и реформам и Национальное энергетическое управление Китая совместно опубликовали среднесрочный и долгосрочный план развития водородной энергетики (2021-2035 гг.) (далее – план), в котором определены энергетические характеристики водорода и предложено сделать водородную энергетику неотъемлемой частью будущей национальной энергетической системы и ключевым направлением стратегических новых отраслей. Автомобили на топливных элементах являются ведущей областью применения водородной энергетики и прорывом промышленного развития в Китае.

В 2021 году, благодаря национальной политике демонстрации и применения автомобилей на топливных элементах, в пяти городских агломерациях — Пекине, Тяньцзине, Хэбэе, Шанхае, Гуандуне, Хэбэе и Хэнане — последовательно были запущены масштабные демонстрационные проекты и испытания 10 000 автомобилей на топливных элементах, и началось практическое развитие водородной энергетики, основанное на демонстрации и применении автомобилей на топливных элементах.

В то же время, прорывы достигнуты и в применении и исследовании водородной энергии в нетранспортных областях, таких как металлургия, химическая промышленность и строительство. В будущем диверсифицированное и многоплановое применение водородной энергии приведет к значительному росту спроса на водород. Согласно прогнозам Китайского альянса водородной энергетики, к 2030 году потребность Китая в водороде достигнет 35 миллионов тонн, а водородная энергия будет составлять не менее 5% от общего объема энергоснабжения страны; к 2050 году потребность в водороде приблизится к 60 миллионам тонн, водородная энергия будет составлять более 10% от общего объема энергоснабжения страны, а годовой объем производства в рамках всей производственной цепочки достигнет 12 триллионов юаней.

С точки зрения промышленного развития, водородная энергетика Китая все еще находится на ранней стадии развития. В процессе применения, демонстрации и продвижения водородной энергетики недостаточное предложение и высокая стоимость водорода для производства энергии всегда были серьезной проблемой, ограничивающей развитие водородной энергетики Китая. Как ключевое звено в обеспечении водородом, проблемы высокой отпускной цены и высоких затрат на хранение и транспортировку водорода для транспортных средств остаются актуальными.
Поэтому Китаю крайне необходимо ускорить внедрение, популяризацию и применение недорогих технологий производства водорода, повысить экономическую эффективность демонстрационных проектов за счет снижения стоимости поставок водородной энергии, поддержать крупномасштабное демонстрационное применение автомобилей на топливных элементах и, таким образом, стимулировать развитие всей водородной энергетической отрасли.

Высокая цена на водород является серьезной проблемой в развитии водородной энергетики Китая.
Китай — крупная страна-производитель водорода. Производство водорода распределено между нефтехимической, химической, коксовой и другими отраслями промышленности. Большая часть производимого водорода используется в качестве промежуточного продукта для нефтепереработки, синтеза аммиака, метанола и других химических продуктов. Согласно статистике Китайского альянса водородной энергетики, текущее производство водорода в Китае составляет около 33 миллионов тонн, в основном за счет угля, природного газа и других ископаемых видов топлива, а также очистки промышленных побочных газов. Из них 21,34 миллиона тонн приходится на производство водорода из угля, что составляет 63,5%. За ним следуют производство водорода из промышленных побочных продуктов и водорода из природного газа, объемы которого составляют 7,08 миллиона тонн и 4,6 миллиона тонн соответственно. Производство водорода методом электролиза воды относительно невелико, около 500 000 тонн.

Несмотря на то, что процесс промышленного производства водорода отработан, производственная цепочка завершена, а приобретение относительно удобно, обеспечение водородом для энергетических целей по-прежнему сталкивается с серьезными проблемами. Высокая стоимость сырья и транспортных расходов при производстве водорода приводит к более высокой конечной цене водорода. Для реализации широкомасштабного распространения и применения водородной энергетики ключевым моментом является преодоление узких мест, связанных с высокими затратами на приобретение и транспортировку водорода. Среди существующих методов производства водорода стоимость производства водорода с использованием угля низка, но уровень выбросов углерода высок. Энергопотребление при производстве водорода методом электролиза воды в крупных промышленных предприятиях также велико.

Даже при низком уровне потребления электроэнергии себестоимость производства водорода превышает 20 юаней/кг. Низкая себестоимость и низкий уровень выбросов углерода при производстве водорода за счет отказа от возобновляемых источников энергии являются важным направлением развития водородной энергетики в будущем. В настоящее время технология постепенно совершенствуется, но места добычи относительно удалены, транспортные расходы очень высоки, и пока нет сценариев внедрения и применения. С точки зрения структуры себестоимости водорода, 30–45% цены на водород приходится на транспортировку и заправку. Существующие технологии транспортировки водорода на основе газообразного водорода высокого давления имеют небольшой объем перевозок одним транспортным средством, низкую экономическую эффективность при транспортировке на большие расстояния, а технологии твердотельного хранения и транспортировки, а также жидкого водорода еще не развиты. Закупка газообразного водорода на водородных заправочных станциях по-прежнему остается основным способом.

В действующих правилах управления водород по-прежнему числится в списке опасных химических веществ. Крупномасштабное промышленное производство водорода требует размещения в химических промышленных парках. Крупномасштабное производство водорода не удовлетворяет спрос 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 водород, производимый на природном газе, является разумным, что позволяет обеспечить крупномасштабные и стабильные поставки. Поэтому в регионах с относительно обильными запасами природного газа интегрированная водородная заправочная станция на основе природного газа является жизнеспособным вариантом снабжения водородом и реалистичным путем развития водородных заправочных станций для снижения затрат и решения сложной проблемы заправки в некоторых регионах. В настоящее время в мире насчитывается около 237 интегрированных водородных заправочных станций на салазках, что составляет примерно 1/3 от общего числа зарубежных водородных заправочных станций. Среди них Япония, Европа, Северная Америка и другие регионы широко используют режим работы интегрированных водородных заправочных станций. Что касается ситуации внутри страны, то в Фошане, Вэйфане, Датуне, Чжанцзякоу и других местах началось изучение возможности пилотного строительства и эксплуатации интегрированных водородных заправочных станций. Можно предположить, что после прорыва в политике и регулировании водородного сектора и производства водорода, интегрированные водородные заправочные станции станут реалистичным выбором для коммерческой эксплуатации водородных заправочных станций.

Опыт компании Ally Hi-Tech в области инноваций, популяризации и применения технологии производства водорода.
Компания Ally Hi-Tech, являясь ведущим предприятием в области производства водорода в Китае, более 20 лет занимается исследованиями и разработкой новых энергетических решений и передовых технологий производства водорода. В таких передовых технических областях, как технологии производства водорода из природного газа в малых масштабах, каталитическое окисление метанола, высокотемпературный электролиз воды, разложение аммиака, синтез аммиака в малых масштабах, крупномасштабные мономерные конвертеры метанола, интегрированные системы производства и гидрирования водорода, технологии направленной очистки водорода для транспортных средств, достигнуты многочисленные прорывы.

Продолжать содействовать технологическим инновациям в производстве водорода.
Компания Ally Hi-Tech всегда рассматривает производство водорода как основу своего бизнеса и продолжает внедрять технологические инновации в области производства водорода, такие как конверсия метанола, риформинг природного газа и направленная очистка водорода методом PSA. Среди них – разработанный и спроектированный компанией комплект оборудования для производства водорода методом конверсии метанола, производительность которого составляет 20000 Нм³/ч. Максимальное давление достигает 3,3 МПа, что соответствует международному передовому уровню. Преимуществами являются низкое энергопотребление, безопасность и надежность, простота процесса, отсутствие необходимости в техническом обслуживании и т.д. Компания совершила прорыв в технологии производства водорода методом риформинга природного газа (метод SMR).

Применяется технология теплового риформинга, и производительность одного комплекта оборудования по производству водорода достигает 30000 Нм³/ч. Максимальное давление может достигать 3,0 МПа, что значительно снижает инвестиционные затраты и уменьшает энергопотребление природного газа на 33%. Что касается технологии направленной очистки водорода методом адсорбции с изменением давления (PSA), компания разработала различные комплекты оборудования для очистки водорода, производительность одного комплекта которого по производству водорода составляет 100000 Нм³/ч при максимальном давлении 5,0 МПа. Эти системы отличаются высокой степенью автоматизации, простотой эксплуатации, благоприятными экологическими условиями и длительным сроком службы. Они широко используются в области промышленного газоразделения.

Вейлай (1)
Рисунок 1: Комплект оборудования для производства водорода от компании Ally Hi-Tech.

Внимание уделяется разработке и продвижению продукции водородной энергетики.

В процессе внедрения инноваций в технологии производства водорода и разработки продукции компания Ally Hi-Tech уделяет особое внимание расширению ассортимента продукции в области водородных топливных элементов, активно продвигает исследования и разработки, а также применение катализаторов, адсорбентов, регулирующих клапанов, модульного малогабаритного оборудования для производства водорода и систем питания для топливных элементов с длительным сроком службы, а также активно продвигает технологии и оборудование для интегрированных станций производства и гидрирования водорода. В сфере продвижения продукции компания Ally Hi-Tech обладает всесторонней профессиональной квалификацией в области проектирования. Она стремится предоставлять комплексные решения и услуги в области водородной энергетики, обеспечивая быстрое развитие рынка сбыта своей продукции.

В области применения оборудования для производства водорода достигнуты прорывы.

В настоящее время компания «Алли Хи-Тех» построила более 620 комплектов оборудования для производства и очистки водорода. Среди них «Алли Хи-Тех» реализовала более 300 комплектов оборудования для производства водорода на основе метанола, более 100 комплектов оборудования для производства водорода на основе природного газа и более 130 комплектов оборудования для крупных проектов по производству водорода на основе активированного угля, а также ряд проектов по производству водорода национального значения.

Компания Ally Hi-Tech сотрудничает с известными компаниями как в Китае, так и за рубежом, такими как Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. (США), Air Liquid (Франция), Linde (Германия), Praxair (США), Iwatani (Япония), BP и другими. Она является одним из крупнейших в мире поставщиков полного спектра оборудования для производства водорода малого и среднего размера. В настоящее время оборудование Ally Hi-Tech для производства водорода экспортируется в 16 стран и регионов, включая США, Японию, Южную Корею, Индию, Малайзию, Филиппины, Пакистан, Мьянму, Таиланд и Южную Африку. В 2019 году интегрированное оборудование для производства водорода на природном газе третьего поколения от Ally Hi-Tech было экспортировано в американскую компанию Plug Power Inc., разработанное и изготовленное в полном соответствии с американскими стандартами, что создало прецедент для экспорта китайского оборудования для производства водорода на природном газе в США.

Вейлай (2)
Рисунок 2. Комплексное оборудование для производства и гидрогенизации водорода, экспортируемое компанией Ally Hi-Tech в Соединенные Штаты.

Строительство первой партии интегрированных станций по производству и гидрогенизации водорода.

Ввиду практических проблем, связанных с нестабильными источниками и высокими ценами на водород для энергоснабжения, компания Ally High-Tech стремится продвигать применение высокоинтегрированных технологий производства водорода и, используя существующую зрелую систему поставок метанола, сеть газопроводов, заправочные станции КПГ и СПГ, реконструировать и расширить интегрированную водородную производственную и заправочную станцию. В сентябре 2021 года на гидрогенизационной станции Наньчжуан в Фошане была введена в эксплуатацию первая в стране интегрированная станция по производству и гидрогенизации природного газа, построенная по генеральному контракту компанией Ally Hi-Tech.

Станция спроектирована с одним блоком производства водорода методом риформинга природного газа мощностью 1000 кг/сутки и одним блоком производства водорода методом электролиза воды мощностью 100 кг/сутки, с внешней мощностью гидрирования 1000 кг/сутки. Это типичная интегрированная станция гидрирования «производство водорода + сжатие + хранение + заправка». Она является лидером в отрасли по применению экологически чистого катализатора с широким диапазоном температурных изменений и технологии направленной совместной очистки, что повышает эффективность производства водорода на 3% и эффективно снижает энергопотребление при производстве водорода. Станция отличается высокой степенью интеграции, небольшой площадью и высокоинтегрированным оборудованием для производства водорода.

Производство водорода на станции сокращает количество транспортных звеньев для водорода, а также затраты на его хранение и транспортировку, что напрямую снижает себестоимость потребления водорода. Станция имеет предусмотренный внешний интерфейс, позволяющий заправлять автоцистерны с длинными трубами и выступающий в качестве головной станции для обеспечения водородом окружающих станций гидрогенизации, образуя региональную интегрированную станцию гидрогенизации. Кроме того, эта интегрированная станция по производству и гидрогенизации 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 упрощает ее внедрение и реализацию.

Вейлай (3)
Рисунок 3. Комплексная станция по производству и гидрогенизации водорода в Наньчжуане, Фошань, провинция Гуандун.

Активно руководит отраслевыми инновациями, их продвижением и применением, а также международными обменами и сотрудничеством.

Являясь ключевым высокотехнологичным предприятием национальной программы «Факел», демонстрационным предприятием новой экономики в провинции Сычуань и специализированным предприятием нового поколения в этой провинции, компания Ally Hi-Tech активно возглавляет отраслевые инновации и содействует международному обмену и сотрудничеству. С 2005 года Ally Hi-Tech последовательно поставляла технологии и оборудование для производства водорода для крупных национальных проектов по созданию топливных элементов 863 — водородной заправочной станции в Аньтине, водородной заправочной станции Олимпийских игр в Пекине и водородной заправочной станции Всемирной выставки в Шанхае, а также поставляла высококачественное оборудование для всех проектов водородных заправочных станций Китайского космического центра.

Являясь членом Национального комитета по стандартизации водородной энергетики, компания Ally Hi-Tech активно участвовала в создании системы стандартов водородной энергетики в стране и за рубежом, руководила разработкой одного национального стандарта водородной энергетики, а также принимала участие в разработке семи национальных и одного международного стандарта. Одновременно Ally Hi-Tech активно содействовала международному обмену и сотрудничеству, основала в Японии компанию Chengchuan Technology Co., Ltd., разработала технологии производства водорода нового поколения, технологии когенерации на твердооксидных топливных элементах и сопутствующую продукцию, а также сотрудничала с компаниями в США, Германии и Японии в области новых технологий производства водорода методом электролиза воды и технологий синтеза аммиака в малых масштабах. Имея 45 патентов из Китая, США и Европейского союза, Ally Hi-Tech является типичным технологически ориентированным и экспортно-ориентированным предприятием.

Предложение по политике
Согласно приведенному выше анализу, компания Ally Hi-Tech, опираясь на инновации в технологиях производства водорода, добилась прорывов в разработке оборудования для производства водорода, продвижении и применении этого оборудования, строительстве и эксплуатации интегрированных водородных станций и заправочных станций, что имеет большое значение для самостоятельных технологических инноваций в области водородной энергетики в Китае и снижения стоимости потребления водорода. Для обеспечения и улучшения поставок водородной энергии, ускорения создания безопасной, стабильной и эффективной сети поставок водородной энергии и построения чистой, низкоуглеродной и недорогой диверсифицированной системы производства водорода Китаю необходимо усилить инновации в технологиях производства водорода и разработке продукции, преодолеть ограничения политики и нормативных актов, а также поощрять внедрение новых видов оборудования и моделей с рыночным потенциалом. Дальнейшее совершенствование поддерживающей политики и оптимизация промышленной среды помогут высококачественно развивать водородную энергетику Китая и окажут мощную поддержку «зеленой» трансформации энергетики.

Усовершенствовать систему политики в отношении водородной энергетики.
В настоящее время опубликованы «стратегические положения и меры поддержки водородной энергетики», однако конкретное направление развития водородной энергетики не определено. Для преодоления институциональных препятствий и политических барьеров в развитии отрасли Китаю необходимо усилить политические инновации, разработать совершенные нормы управления водородной энергетикой, уточнить процессы управления и институты управления подготовкой, хранением, транспортировкой и заправкой, а также возложить обязанности ответственного органа по надзору за безопасностью. Необходимо придерживаться модели, в которой демонстрационное применение является движущей силой развития отрасли, и всесторонне продвигать диверсифицированное демонстрационное развитие водородной энергетики в транспорте, хранении энергии, распределенной энергетике и т.д.

Создайте систему энергоснабжения на основе водорода с учетом местных условий.
Местные органы власти должны всесторонне учитывать потенциал водородной энергетики, промышленную базу и рыночные возможности региона, опираясь на преимущества существующих и потенциальных ресурсов, выбирать подходящие методы производства водорода в соответствии с местными условиями, осуществлять создание гарантированных мощностей по обеспечению водородной энергией, отдавать приоритет использованию водорода, получаемого в качестве побочного продукта промышленности, и сосредоточиться на развитии производства водорода из возобновляемых источников энергии. Необходимо поощрять сотрудничество между квалифицированными регионами по различным каналам для создания низкоуглеродной, безопасной, стабильной и экономичной местной системы водородного энергоснабжения, способной удовлетворить спрос на крупномасштабные источники водорода.

Повысить уровень технологических инноваций в оборудовании для производства водорода.

Сосредоточиться на продвижении исследований и разработок, производства и промышленного применения ключевого оборудования для очистки и производства водорода, а также на создании высококачественной системы развития технологий для водородного энергетического оборудования, опираясь на предприятия, занимающие выгодные позиции в производственной цепочке. Поддерживать ведущие предприятия в области производства водорода, создавать инновационные платформы, такие как центры промышленных инноваций, инженерно-исследовательские центры, центры технологических инноваций и центры производственных инноваций, решать ключевые проблемы водородного оборудования, поддерживать участие «специализированных и новых» малых и средних предприятий в исследованиях и разработках общих технологий водородного оборудования, а также воспитывать ряд предприятий-лидеров с сильными независимыми технологическими возможностями.

Усилить политическую поддержку интегрированных станций по производству и гидрогенизации водорода.

В Плане указывается, что для изучения новых моделей, таких как водородные заправочные станции, интегрирующие производство, хранение и гидрогенизацию водорода на одной станции, необходимо с самого начала преодолеть политические ограничения на строительство интегрированных станций. Необходимо как можно скорее принять национальный закон об энергетике, определяющий энергетические характеристики водорода на более высоком уровне. Следует преодолеть ограничения на строительство интегрированных станций, содействовать развитию интегрированных станций по производству и гидрогенизации водорода, а также провести пилотные демонстрации строительства и эксплуатации интегрированных станций в экономически развитых регионах с богатыми запасами природного газа. Необходимо предоставлять финансовые субсидии на строительство и эксплуатацию интегрированных станций, отвечающих требованиям ценовой экономии и стандартам выбросов углерода, поддерживать соответствующие ведущие предприятия в подаче заявок на создание национальных «специализированных и новых» предприятий, а также повышать технические характеристики и стандарты безопасности интегрированных станций по производству и гидрогенизации водорода.

Активно проводить демонстрацию и продвижение новых бизнес-моделей.

Поощрять инновации в бизнес-моделях в виде интегрированного производства водорода на станциях, комплексных энергоснабжающих станций для нефти, водорода и электроэнергии, а также скоординированной работы системы «водород, транспортные средства и станции». В регионах с большим количеством автомобилей на топливных элементах и высоким спросом на водород мы будем изучать возможности создания интегрированных станций для производства и гидрирования водорода из природного газа, а также поощрять регионы с разумными ценами на природный газ и демонстрационную эксплуатацию автомобилей на топливных элементах. В регионах с обильными ветровыми и гидроэнергетическими ресурсами и перспективными сценариями применения водородной энергетики строить интегрированные станции производства и гидрирования водорода с использованием возобновляемых источников энергии, постепенно расширять масштабы демонстрационных проектов, формировать тиражируемый и широко распространенный опыт и ускорять снижение выбросов углерода и себестоимости водородной энергетики.

(Автор: исследовательская группа по перспективным отраслям Пекинского информационно-консультационного центра «Ивэй Чжиюань»)

Дата публикации: 29 сентября 2022 г.