Innovasjon, popularisering og anvendelse av hydrogenenergiproduksjonsteknologi -- en casestudie av Ally Hi-Tech
Original lenke:https://mp.weixin.qq.com/s/--dP1UU_LS4zg3ELdHr-Sw
Redaktørens merknad: Dette er en artikkel som opprinnelig ble publisert av den offisielle Wechat-kontoen: China Thinktank
Den 23. mars publiserte den nasjonale utviklings- og reformkommisjonen og Kinas nasjonale energiadministrasjon i fellesskap en mellomlang og langsiktig plan for utvikling av hydrogenenergiindustrien (2021–2035) (heretter referert til som planen), som definerte energiegenskapene til hydrogen og foreslo at hydrogenenergi er en integrert del av det fremtidige nasjonale energisystemet og den viktigste retningen for strategiske nye industrier. Brenselcellekjøretøy er det ledende feltet for hydrogenenergianvendelse og gjennombruddet for industriell utvikling i Kina.
I 2021, drevet av den nasjonale demonstrasjons- og anvendelsespolitikken for brenselcellekjøretøy, ble de fem byområdene Beijing, Tianjin, Hebei, Shanghai, Guangdong, Hebei og Henan suksessivt lansert. Storskala demonstrasjon og anvendelse av 10 000 brenselcellekjøretøy begynte å bli lansert, og utviklingen av hydrogenenergiindustrien drevet av demonstrasjon og anvendelse av brenselcellekjøretøy har blitt satt ut i livet.
Samtidig har det også blitt gjort gjennombrudd innen anvendelse og utforskning av hydrogenenergi i felt utenfor transport, som stål, kjemisk industri og bygg og anlegg. I fremtiden vil diversifiserte og flerscenarieanvendelser av hydrogenenergi føre til stor etterspørsel etter hydrogen. I følge spådommen fra China Hydrogen Energy Alliance vil Kinas etterspørsel etter hydrogen nå 35 millioner tonn innen 2030, og hydrogenenergi vil utgjøre minst 5 % av Kinas terminalenergisystem. Innen 2050 vil etterspørselen etter hydrogen være nær 60 millioner tonn, hydrogenenergi utgjør mer enn 10 % av Kinas terminalenergisystem, og den årlige produksjonsverdien av industrikjeden vil nå 12 billioner yuan.
Fra et industriell utviklingsperspektiv er Kinas hydrogenenergiindustri fortsatt i en tidlig utviklingsfase. I prosessen med anvendelse, demonstrasjon og markedsføring av hydrogenenergi har utilstrekkelig tilgang og høye kostnader for hydrogen til energi alltid vært et vanskelig problem som har begrenset utviklingen av Kinas hydrogenenergiindustri. Som kjerneleddet i hydrogenforsyningen er problemene med høy fabrikkpris og høye lagrings- og transportkostnader for kjøretøyhydrogen fortsatt fremtredende.
Derfor må Kina raskt øke hastigheten på innovasjon, popularisering og anvendelse av lavkostnadsteknologi for hydrogenproduksjon, forbedre økonomien i demonstrasjonsapplikasjoner ved å redusere kostnadene for hydrogenenergiforsyning, støtte storskala demonstrasjonsapplikasjoner av brenselcellekjøretøyer, og deretter drive utviklingen av hele hydrogenenergiindustrien.
Den høye prisen på hydrogen er et fremtredende problem i utviklingen av Kinas hydrogenenergiindustri
Kina er et stort land som produserer hydrogen. Hydrogenproduksjonen er distribuert i petrokjemisk, kjemisk, koksindustrien og annen industri. Mesteparten av hydrogenet som produseres brukes som mellomprodukter for petroleumsraffinering, syntetisk ammoniakk, metanol og andre kjemiske produkter. I følge statistikk fra China Hydrogen Energy Alliance er den nåværende hydrogenproduksjonen i Kina omtrent 33 millioner tonn, hovedsakelig fra kull, naturgass og annen fossil energi og rensing av industrielle biprodukter fra gass. Blant disse er produksjonen av hydrogenproduksjon fra kull 21,34 millioner tonn, som utgjør 63,5 %. Etterfulgt av industrielt biprodukt hydrogen og naturgass hydrogenproduksjon, med en produksjon på henholdsvis 7,08 millioner tonn og 4,6 millioner tonn. Hydrogenproduksjonen ved vannelektrolyse er relativt liten, omtrent 500 000 tonn.
Selv om den industrielle hydrogenproduksjonsprosessen er moden, industrikjeden er komplett og anskaffelsen er relativt enkel, står energiforsyningen av hydrogen fortsatt overfor store utfordringer. Høyere råvarekostnader og transportkostnader for hydrogenproduksjon fører til høyere terminalforsyningspriser for hydrogen. For å realisere storskala popularisering og anvendelse av hydrogenenergiteknologi, er nøkkelen å bryte gjennom flaskehalsen med høye anskaffelses- og transportkostnader for hydrogen. Blant de eksisterende hydrogenproduksjonsmetodene er kostnaden for kullhydrogenproduksjon lav, men karbonutslippsnivået er høyt. Energiforbrukskostnaden for hydrogenproduksjon ved vannelektrolyse i store industrier er høy.
Selv med lav strøm er produksjonskostnaden for hydrogen mer enn 20 yuan/kg. De lave kostnadene og lave karbonutslippene ved hydrogenproduksjon fra kraftproduksjon fra fornybar energi er en viktig retning for å skaffe hydrogen i fremtiden. For tiden er teknologien gradvis moden, men anskaffelsesstedet er relativt avsidesliggende, transportkostnadene er svært høye, og det finnes ingen markedsførings- eller anvendelsesscenarioer. Fra et hydrogenkostnadsperspektiv er 30–45 % av prisen på energihydrogen kostnaden for hydrogentransport og -fylling. Den eksisterende hydrogentransportteknologien basert på høytrykksgasshydrogen har mindre transportvolum for enkeltkjøretøy, dårlig økonomisk verdi for langdistansetransport, og teknologiene for faststofflagring og -transport og flytende hydrogen er ikke modne. Outsourcing av gasshydrogen til hydrogenfyllingsstasjoner er fortsatt den viktigste måten.
I den nåværende styringsspesifikasjonen er hydrogen fortsatt oppført som håndtering av farlige kjemikalier. Storskala industriell hydrogenproduksjon må inn i den kjemiske industriparken. Storskala hydrogenproduksjon samsvarer ikke med etterspørselen etter hydrogen for desentraliserte kjøretøy, noe som resulterer i høye hydrogenpriser. En svært integrert hydrogenproduksjons- og drivstoffteknologi er et presserende behov for å oppnå et gjennombrudd. Prisnivået for naturgassbasert hydrogenproduksjon er rimelig, noe som kan realisere storskala og stabil forsyning. Derfor, i områder med relativt rikelig med naturgass, er den integrerte hydrogenproduksjons- og drivstoffstasjonen basert på naturgass et gjennomførbart hydrogenforsyningsalternativ og en realistisk vei for å fremme hydrogenfyllingsstasjoner for å redusere kostnadene og løse det vanskelige problemet med drivstoffpåfylling i noen områder. For tiden er det omtrent 237 integrerte hydrogenproduksjonsstasjoner montert på meier i verden, som står for omtrent 1/3 av det totale antallet utenlandske hydrogenfyllingsstasjoner. Blant dem bruker Japan, Europa, Nord-Amerika og andre regioner i stor grad driftsmodusen for integrert hydrogenproduksjon og drivstoffstasjon i stasjonen. Når det gjelder den innenlandske situasjonen, har Foshan, Weifang, Datong, Zhangjiakou og andre steder begynt å utforske pilotprosjekter for bygging og drift av integrerte hydrogenproduksjons- og fyllestasjoner. Det kan forutsies at etter gjennombruddet innen hydrogenhåndtering og hydrogenproduksjonspolitikk og -forskrifter, vil den integrerte hydrogenproduksjons- og fyllestasjonen være det realistiske valget for kommersiell drift av hydrogenfyllestasjonen.
Erfaring med innovasjon, popularisering og anvendelse av hydrogenproduksjonsteknologi fra Ally Hi-Tech
Som en ledende bedrift innen hydrogenproduksjon i Kina har Ally Hi-Tech fokusert på forskning og utvikling av nye energiløsninger og avanserte hydrogenproduksjonsteknologier siden etableringen i mer enn 20 år. Innen småskala teknologi for produksjon av naturgasshydrogen, katalytisk oksidasjon av metanolhydrogenproduksjonsteknologi, hydrogenproduksjonsteknologi for elektrolyse ved høytemperaturvann, ammoniakkdekomponeringsteknologi for hydrogenproduksjon, småskala syntetisk ammoniakkteknologi, stor monomermetanolkonverter, integrert hydrogenproduksjon og hydrogeneringssystem, retningsbestemt rensing av hydrogen i kjøretøy, har det blitt gjort mange gjennombrudd innen banebrytende tekniske felt som nevnt ovenfor.
Fortsette å fremme teknologisk innovasjon innen hydrogenproduksjon.
Ally Hi-Tech har alltid hydrogenproduksjon som kjernen i sin virksomhet, og fortsetter å gjennomføre teknologisk innovasjon innen hydrogenproduksjon, som metanolkonvertering, naturgassreformering og PSA-retningsbestemt rensing av hydrogen. Blant disse har et enkelt sett med metanolkonverteringshydrogenproduksjonsutstyr, uavhengig utviklet og designet av selskapet, en hydrogenproduksjonskapasitet på 20 000 Nm³/t. Maksimumstrykket når 3,3 MPa, noe som når et internasjonalt avansert nivå, med fordelene med lavt energiforbruk, sikkerhet og pålitelighet, enkel prosess, uovervåkethet og så videre. Selskapet har gjort et gjennombrudd innen hydrogenproduksjonsteknologi for naturgassreformering (SMR-metoden).
Varmevekslingsreformeringsteknologi er tatt i bruk, og hydrogenproduksjonskapasiteten til et enkelt sett med utstyr er opptil 30 000 Nm³/t. Maksimumstrykket kan nå 3,0 MPa, investeringskostnadene reduseres kraftig, og energiforbruket til naturgass reduseres med 33 %. Når det gjelder trykksvingningadsorpsjon (PSA) hydrogenretningsrensingsteknologi, har selskapet utviklet en rekke komplette sett med hydrogenrensingsteknologier, og hydrogenproduksjonskapasiteten til et enkelt sett med utstyr er 100 000 Nm³/t. Maksimumstrykket er 5,0 MPa. Den har egenskapene høy grad av automatisering, enkel betjening, godt miljø og lang levetid. Den har blitt mye brukt innen industriell gassseparasjon.
Figur 1: H2-produksjonsutstyrssett fra Ally Hi-Tech
Oppmerksomhet rettes mot utvikling og markedsføring av hydrogenenergiserieprodukter.
Ally Hi-Tech driver med innovasjon og produktutvikling innen hydrogenproduksjonsteknologi, og fokuserer på å utvide produktutviklingen innen nedstrøms hydrogenbrenselceller. Selskapet fremmer aktivt forskning og utvikling og anvendelse av katalysatorer, adsorbenter, kontrollventiler, modulært lite hydrogenproduksjonsutstyr og langlivede strømforsyningssystemer for brenselceller, og fremmer kraftig teknologi og utstyr for integrerte hydrogenproduksjons- og hydrogeneringsstasjoner. Når det gjelder produktpromotering, er den faglige kvalifiseringen til Ally Hi-Techs ingeniørdesign omfattende. Selskapet er forpliktet til å tilby komplette produkter og tjenester innen hydrogenenergiløsninger, og produktets markedsapplikasjoner promoteres raskt.
Det har blitt gjort gjennombrudd i bruken av hydrogenproduksjonsutstyr.
For tiden har Ally Hi-Tech bygget mer enn 620 sett med hydrogenproduksjons- og hydrogenrensingsutstyr. Blant disse har Ally Hi-Tech markedsført mer enn 300 sett med metanol-hydrogenproduksjonsutstyr, mer enn 100 sett med naturgass-hydrogenproduksjonsutstyr og mer enn 130 sett med stort PSA-prosjektutstyr, og har gjennomført en rekke hydrogenproduksjonsprosjekter med nasjonale temaer.
Ally Hi-Tech har samarbeidet med kjente selskaper i inn- og utland, som Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germany, Praxair America, Iwatani Japan, BP og så videre. Det er en av de komplette leverandørene av utstyrstjenester med den største leveransen innen små og mellomstore hydrogenproduksjonsutstyr i verden. For tiden har Ally Hi-Techs hydrogenproduksjonsutstyr blitt eksportert til 16 land og regioner, som USA, Japan, Sør-Korea, India, Malaysia, Filippinene, Pakistan, Myanmar, Thailand og Sør-Afrika. I 2019 ble tredje generasjons integrert naturgasshydrogenproduksjonsutstyr fra Ally Hi-Tech eksportert til American Plug Power Inc., som ble designet og produsert i full overensstemmelse med amerikanske standarder, noe som skapte en presedens for eksport av Kinas naturgasshydrogenproduksjonsutstyr til USA.
Figur 2. Integrert utstyr for hydrogenproduksjon og hydrogenering eksportert av Ally Hi-Tech til USA
Bygging av første omgang med integrert hydrogenproduksjon og hydrogeneringsstasjon.
I lys av de praktiske problemene med ustabile kilder og høye priser på hydrogen til energi, er Ally High-Tech forpliktet til å fremme bruken av svært integrert hydrogenproduksjonsteknologi, og bruke det eksisterende modne metanolforsyningssystemet, naturgassrørledningsnettverket, CNG- og LNG-fyllestasjoner til å rekonstruere og utvide den integrerte hydrogenproduksjons- og fyllestasjonen. I september 2021 ble den første innenlandske integrerte naturgass-hydrogenproduksjons- og hydrogeneringsstasjonen under Ally Hi-Techs hovedkontrakt satt i drift ved Foshan gass-Nanzhuang hydrogeneringsstasjon.
Stasjonen er designet med ett sett med en produksjonsenhet for naturgassreformering av hydrogen på 1000 kg/dag og ett sett med en produksjonsenhet for vannelektrolyse av hydrogen på 100 kg/dag, med en ekstern hydrogeneringskapasitet på 1000 kg/dag. Det er en typisk integrert hydrogeneringsstasjon for "hydrogenproduksjon + kompresjon + lagring + fylling". Den er ledende i bruken av miljøvennlig katalysator med bred temperaturendring og retningsbestemt ko-rensingsteknologi i industrien, noe som forbedrer hydrogenproduksjonseffektiviteten med 3 % og effektivt reduserer energiforbruket til hydrogenproduksjon. Stasjonen har høy integrasjon, lite gulvareal og svært integrert hydrogenproduksjonsutstyr.
Hydrogenproduksjonen i stasjonen reduserer transportforbindelsene for hydrogen og kostnadene for lagring og transport av hydrogen, noe som direkte reduserer kostnadene for hydrogenforbruk. Stasjonen har reservert et eksternt grensesnitt som kan fylle lange rørhengere og fungere som hovedstasjon for å forsyne de omkringliggende hydrogeneringsstasjonene med hydrogen, og dermed danne en regional, integrert underordnet hydrogeneringsstasjon. I tillegg kan denne integrerte hydrogenproduksjons- og hydrogeneringsstasjonen også rekonstrueres og utvides basert på det eksisterende metanoldistribusjonssystemet, naturgassrørledningsnettverket og andre anlegg, samt bensinstasjoner og CNG- og LNG-fyllestasjoner, noe som er enkelt å markedsføre og implementere.
Figur 3 Integrert hydrogenproduksjons- og hydrogeneringsstasjon i Nanzhuang, Foshan, Guangdong
Leder aktivt bransjeinnovasjon, markedsføring og anvendelse samt internasjonal utveksling og samarbeid.
Som en sentral høyteknologisk bedrift i det nasjonale Torch-programmet, en demonstrasjonsbedrift for ny økonomi i Sichuan-provinsen og en spesialisert og spesiell ny bedrift i Sichuan-provinsen, leder Ally Hi-Tech aktivt industriinnovasjon og fremmer internasjonal utveksling og samarbeid. Siden 2005 har Ally Hi-Tech suksessivt levert hydrogenproduksjonsteknologi og -utstyr til de store nasjonale 863 brenselcelleprosjektene – Shanghai Anting hydrogenfyllestasjon, Beijing Olympic hydrogenfyllestasjon og Shanghai World Expo hydrogenfyllestasjon, og levert høye standarder til alle hydrogenproduksjonsprosjekter ved Kinas romoppskytningssenter.
Som medlem av den nasjonale standardiseringskomiteen for hydrogenenergi har Ally Hi-Tech aktivt deltatt i byggingen av et standardsystem for hydrogenenergi i inn- og utland, ledet utarbeidelsen av én nasjonal standard for hydrogenenergi og deltatt i formuleringen av syv nasjonale standarder og én internasjonal standard. Samtidig har Ally Hi-Tech aktivt fremmet internasjonal utveksling og samarbeid, etablert Chengchuan Technology Co., Ltd. i Japan, utviklet en ny generasjon hydrogenproduksjonsteknologi, SOFC-kraftvarmeteknologi og relaterte produkter, og gjennomført samarbeid med selskaper i USA, Tyskland og Japan innen ny vannelektrolyseteknologi for hydrogenproduksjon og småskala syntetisk ammoniakkteknologi. Med 45 patenter fra Kina, USA og EU er Ally Hi-Tech en typisk teknologibasert og eksportorientert bedrift.
Forslag til retningslinjer
I følge analysen ovenfor har Ally Hi-Tech, basert på innovasjon innen hydrogenproduksjonsteknologi, gjort gjennombrudd innen utvikling av hydrogenproduksjonsutstyr, promotering og anvendelse av hydrogenproduksjonsutstyr, bygging og drift av integrerte hydrogenproduksjons- og fyllestasjoner, noe som er av stor betydning for Kinas uavhengige teknologiske innovasjon innen hydrogenenergi og reduksjon av kostnadene for energiforbruk av hydrogen. For å sikre og forbedre hydrogenenergiforsyningen, akselerere byggingen av et trygt, stabilt og effektivt hydrogenenergiforsyningsnettverk og bygge et rent, lavkarbon- og lavkost-diversifisert hydrogenproduksjonssystem, må Kina styrke innovasjon og produktutvikling innen hydrogenproduksjonsteknologi, bryte gjennom begrensningene i politikk og forskrifter, og oppmuntre til at nytt utstyr og modeller med markedspotensial prøves først. Ved å forbedre støttepolitikken ytterligere og optimalisere industrimiljøet, vil vi hjelpe Kinas hydrogenenergiindustri med å utvikle seg med høy kvalitet og støtte den grønne energitransformasjonen sterkt.
Forbedre politikksystemet for hydrogenenergiindustrien.
For tiden er det utstedt en «strategisk posisjonering og støttende politikk for hydrogenenergiindustrien», men den spesifikke utviklingsretningen for hydrogenenergiindustrien er ikke spesifisert. For å bryte de institusjonelle hindringene og politiske flaskehalsene i den industrielle utviklingen, må Kina styrke politisk innovasjon, formulere perfekte normer for forvaltning av hydrogenenergi, avklare styringsprosessene og styringsinstitusjonene for forberedelse, lagring, transport og fylling, og implementere ansvaret til den ansvarlige avdelingen for sikkerhetstilsyn. Følge modellen for demonstrasjonsapplikasjon som driver industriell utvikling, og fremme omfattende den diversifiserte demonstrasjonsutviklingen av hydrogenenergi innen transport, energilagring, distribuert energi og så videre.
Bygg et hydrogenenergiforsyningssystem i henhold til lokale forhold.
Lokale myndigheter bør vurdere hydrogenforsyningskapasiteten, det industrielle grunnlaget og markedsrommet i regionen på en helhetlig måte, basert på fordelene med eksisterende og potensielle ressurser, velge passende hydrogenproduksjonsmetoder i henhold til lokale forhold, gjennomføre bygging av garantikapasitet for hydrogenforsyning, prioritere bruk av industrielt biprodukt av hydrogen og fokusere på utvikling av hydrogenproduksjon fra fornybar energi. Oppmuntre kvalifiserte regioner til å samarbeide gjennom flere kanaler for å bygge et lavkarbon, trygt, stabilt og økonomisk lokalt hydrogenforsyningssystem for å møte etterspørselen etter storskala hydrogenkilder.
Øk teknologisk innovasjon innen hydrogenproduksjonsutstyr.
Fokuser på å fremme FoU, produksjon og industriell anvendelse av nøkkelutstyr for hydrogenrensing og hydrogenproduksjon, og bygg et høykvalitets utviklingsteknologisystem for produkter for hydrogenenergiutstyr ved å stole på fordelaktige bedrifter i industrikjeden. Støtt ledende bedrifter innen hydrogenproduksjon til å ta ledelsen, utarbeid innovasjonsplattformer som industrielt innovasjonssenter, ingeniørforskningssenter, teknologisk innovasjonssenter og produksjonsinnovasjonssenter, takle sentrale problemer med hydrogenproduksjonsutstyr, støtte "spesialiserte og spesielle nye" små og mellomstore bedrifter til å delta i forskning og utvikling av felles teknologier for hydrogenproduksjonsutstyr, og dyrk en rekke enkeltstående mesterbedrifter med sterk uavhengig evne til kjerneteknologi.
Styrke politisk støtte til integrert hydrogenproduksjon og hydrogeneringsstasjoner.
Planen påpeker at for å utforske nye modeller som hydrogenstasjoner som integrerer hydrogenproduksjon, -lagring og hydrogenering i stasjonen, må vi bryte gjennom de politiske begrensningene for bygging av integrerte stasjoner fra roten. Innføre den nasjonale energiloven så snart som mulig for å bestemme energiegenskapene til hydrogen fra øvre nivå. Bryt gjennom begrensningene for bygging av integrerte stasjoner, fremme integrerte hydrogenproduksjons- og hydrogeneringsstasjoner, og gjennomføre pilotdemonstrasjoner av bygging og drift av integrerte stasjoner i økonomisk utviklede områder med rike naturgassressurser. Gi økonomiske subsidier til bygging og drift av integrerte stasjoner som oppfyller kravene til prisøkonomi og karbonutslippsstandarder, støtte relevante ledende bedrifter i å søke om nasjonale "spesialiserte og spesielle nye" bedrifter, og forbedre sikkerhetstekniske spesifikasjoner og standarder for integrerte hydrogenproduksjons- og hydrogeneringsstasjoner.
Aktivt gjennomføre demonstrasjon og promotering av nye forretningsmodeller.
Oppmuntre til innovasjon innen forretningsmodeller i form av integrert hydrogenproduksjon i stasjoner, omfattende energiforsyningsstasjoner for olje, hydrogen og elektrisitet, og koordinert drift av «hydrogen, kjøretøy og stasjoner». I områder med et stort antall brenselcellekjøretøy og høyt press på hydrogenforsyning, vil vi utforske integrerte stasjoner for hydrogenproduksjon og hydrogenering fra naturgass, og oppmuntre til områder med rimelige naturgasspriser og demonstrasjonsdrift av brenselcellekjøretøy. I områder med rikelig med vind- og vannkraftressurser og anvendelsesscenarier for hydrogenenergi, bygge integrerte hydrogenproduksjons- og hydrogeneringsstasjoner med fornybar energi, gradvis utvide demonstrasjonsskalaen, danne replikerbar og popularisert erfaring, og akselerere karbon- og kostnadsreduksjonen av energihydrogen.
(Forfatter: forskningsteamet for fremtidig industri ved Beijing Yiwei Zhiyuan Information Consulting Center)
Publisert: 29. september 2022
