Інновації, популяризація та застосування технології виробництва водневої енергії -- тематичне дослідження Ally Hi-Tech
Оригінальне посилання:https://mp.weixin.qq.com/s/--dP1UU_LS4zg3ELdHr-Sw
Примітка редактора: Ця стаття була вперше опублікована офіційним обліковим записом Wechat: China Thinktank
23 березня Національна комісія з розвитку та реформ і Національне енергетичне управління Китаю спільно опублікували середньостроковий та довгостроковий план розвитку водневої енергетики (2021-2035) (далі – план), у якому визначено енергетичний атрибут водню та запропоновано, що воднева енергетика є невід'ємною частиною майбутньої національної енергетичної системи та ключовим напрямком стратегічних нових галузей промисловості. Автомобілі на паливних елементах є провідною галуззю застосування водневої енергетики та проривом у промисловому розвитку Китаю.
У 2021 році, відповідно до національної політики демонстрації та застосування транспортних засобів на паливних елементах, п'ять міських агломерацій: Пекін, Тяньцзінь, Хебей, Шанхай, Гуандун, Хебей та Хенань, були послідовно запущені масштабні демонстрації та застосування 10 000 транспортних засобів на паливних елементах, а також було впроваджено на практиці розвиток водневої енергетики, зумовленої демонстрацією та застосуванням транспортних засобів на паливних елементах.
Водночас, було досягнуто проривів у застосуванні та дослідженні водневої енергії в нетранспортних галузях, таких як сталеливарна, хімічна промисловість та будівництво. У майбутньому диверсифіковане та багатосценарне застосування водневої енергії призведе до великого попиту на водень. Згідно з прогнозом Китайського водневого енергетичного альянсу, до 2030 року попит Китаю на водень досягне 35 мільйонів тонн, а воднева енергетика становитиме щонайменше 5% термінальної енергетичної системи Китаю; до 2050 року попит на водень наблизиться до 60 мільйонів тонн, воднева енергетика становитиме понад 10% термінальної енергетичної системи Китаю, а річна вартість виробництва промислового ланцюга досягне 12 трильйонів юанів.
З точки зору промислового розвитку, воднева енергетика Китаю все ще перебуває на ранній стадії розвитку. У процесі застосування, демонстрації та просування водневої енергії недостатнє постачання та висока вартість водню для виробництва енергії завжди були складною проблемою, що обмежувала розвиток водневої енергетики Китаю. Як ключова ланка постачання водню, проблеми високої ціни на водень від заводу та високої вартості зберігання та транспортування транспортного водню залишаються актуальними.
Тому Китаю терміново необхідно пришвидшити впровадження інновацій, популяризацію та застосування низьковитратних технологій виробництва водню, покращити економіку демонстраційного застосування шляхом зниження вартості постачання водневої енергії, підтримати масштабне демонстраційне застосування транспортних засобів на паливних елементах, а потім стимулювати розвиток усієї водневої енергетики.
Висока ціна на водень є важливою проблемою розвитку водневої енергетики Китаю
Китай — велика країна, що виробляє водень. Виробництво водню розподілене в нафтохімічній, хімічній, коксохімічній та інших галузях промисловості. Більша частина виробленого водню використовується як проміжний продукт для переробки нафти, синтетичного аміаку, метанолу та інших хімічних продуктів. Згідно зі статистикою Китайського альянсу водневої енергії, поточне виробництво водню в Китаї становить близько 33 мільйонів тонн, переважно з вугілля, природного газу та інших видів викопного палива, а також з очищення промислових побічних газів. Серед них виробництво водню з вугілля становить 21,34 мільйона тонн, що становить 63,5%. Далі йдуть промисловий побічний водень та водень з природного газу, з обсягом виробництва 7,08 мільйона тонн та 4,6 мільйона тонн відповідно. Виробництво водню методом електролізу води є відносно невеликим, близько 500 000 тонн.
Хоча промисловий процес виробництва водню є зрілим, промисловий ланцюг завершений, а його придбання відносно зручне, постачання енергетичного водню все ще стикається зі значними труднощами. Вища вартість сировини та транспортування водню призводить до вищої кінцевої ціни постачання водню. Для масштабної популяризації та застосування водневої енергетичної технології ключовим є подолання вузького місця, пов'язаного з високою вартістю придбання та транспортування водню. Серед існуючих методів виробництва водню вартість виробництва вугільного водню низька, але рівень викидів вуглецю високий. Вартість енергоспоживання виробництва водню методом електролізу води у великих галузях промисловості висока.
Навіть за низьких витрат електроенергії, собівартість виробництва водню перевищує 20 юанів/кг. Низька вартість та низький рівень викидів вуглецю виробництва водню шляхом відмови від відновлюваної енергії є важливим напрямком для отримання водню в майбутньому. Наразі технологія поступово розвивається, але місця придбання відносно віддалені, вартість транспортування дуже висока, і немає сценаріїв просування та застосування. З точки зору структури вартості водню, 30~45% ціни на енергію, що використовується водень, становить вартість транспортування та заправки воднем. Існуюча технологія транспортування водню на основі газового водню під високим тиском має менший обсяг перевезення одним транспортним засобом, низьку економічну цінність транспортування на далекі відстані, а технології твердотільного зберігання та транспортування та рідкого водню не є зрілими. Аутсорсинг газового водню на станціях заправки воднем все ще залишається основним шляхом.
У чинній специфікації управління водень все ще входить до переліку небезпечних хімічних речовин. Масштабне промислове виробництво водню має бути включено до парку хімічної промисловості. Масштабне виробництво водню не відповідає попиту на водень для децентралізованих транспортних засобів, що призводить до високих цін на водень. Для досягнення прориву терміново необхідна високоінтегрована технологія виробництва та заправки водню. Рівень цін на виробництво водню з природного газу є розумним, що дозволяє забезпечити масштабне та стабільне постачання. Тому в районах з відносно великою кількістю природного газу інтегрована станція виробництва та заправки водню на основі природного газу є можливим варіантом постачання водню та реалістичним шляхом просування станції заправки воднем для зниження витрат та вирішення складної проблеми заправки в деяких районах. Наразі у світі існує близько 237 інтегрованих станцій виробництва водню на полозках, що становить приблизно 1/3 від загальної кількості іноземних станцій заправки воднем. Серед них Японія, Європа, Північна Америка та інші регіони широко застосовують режим роботи інтегрованої станції виробництва та заправки воднем на станції. Що стосується внутрішньої ситуації, Фошань, Вейфан, Датун, Чжанцзякоу та інші міста почали вивчати можливості пілотного будівництва та експлуатації інтегрованих станцій виробництва та заправки воднем. Можна передбачити, що після прориву в політиці та нормативних актах щодо управління воднем та виробництва водню, інтегрована станція виробництва та заправки воднем стане реалістичним вибором для комерційної експлуатації станцій заправки воднем.
Досвід в інноваціях, популяризації та застосуванні технології виробництва водню компанії Ally Hi-Tech
Як провідне підприємство у сфері виробництва водню в Китаї, Ally Hi-Tech з моменту свого заснування понад 20 років зосереджується на дослідженнях та розробках нових енергетичних рішень і передових технологій виробництва водню. У таких передових технічних галузях, як перелічені вище, було досягнуто багатьох проривів у таких галузях, як перераховані вище, у таких галузях, як технологія маломасштабного виробництва водню з природного газу, технологія виробництва метанолового водню методом каталітичного окислення, технологія виробництва водню методом високотемпературного електролізу води, технологія виробництва водню методом розкладання аміаку, технологія маломасштабного синтетичного аміаку, конвертер метанолу з великими мономерами, інтегрована система виробництва та гідрування водню, технологія спрямованого очищення водню для транспортних засобів.
Продовжувати просування технологічних інновацій у виробництві водню.
Компанія Ally Hi-Tech завжди вважає виробництво водню основою свого бізнесу та продовжує впроваджувати технологічні інновації у виробництві водню, такі як конверсія метанолу, риформінг природного газу та спрямоване очищення водню методом PSA. Серед них, єдиний комплект обладнання для виробництва водню з конверсією метанолу, незалежно розроблений та спроектований компанією, має виробничу потужність 20000 Нм³/год. Максимальний тиск досягає 3,3 МПа, що відповідає передовому міжнародному рівню, з перевагами низького енергоспоживання, безпеки та надійності, простоти процесу, безперервності тощо; компанія зробила прорив у технології виробництва водню методом риформінгу природного газу (метод SMR).
Застосовано технологію теплообмінного риформінгу, а виробнича потужність одного комплекту обладнання для водневого очищення становить до 30000 Нм³/год. Максимальний тиск може досягати 3,0 МПа, що значно знижує інвестиційні витрати, а споживання енергії природного газу зменшується на 33%. Що стосується технології спрямованого очищення водневого очищення за допомогою адсорбції з перепадом тиску (PSA), компанія розробила різноманітні комплекти технологій очищення водневого очищення, а виробнича потужність одного комплекту обладнання для водневого очищення становить 100000 Нм³/год. Максимальний тиск становить 5,0 МПа. Вона має характеристики високого ступеня автоматизації, простоти експлуатації, сприятливого навколишнього середовища та тривалого терміну служби. Вона широко використовується в галузі промислового розділення газів.
Рисунок 1: Обладнання для виробництва H2, встановлене Ally Hi-Tech
Увага приділяється розробці та просуванню продуктів серії водневої енергетики.
Під час впровадження інновацій у технології виробництва водню та розробки продуктів, Ally Hi-Tech приділяє увагу розширенню розробки продуктів у галузі низхідних водневих паливних елементів, активно сприяє дослідженням та розробкам та застосуванню каталізаторів, адсорбентів, регулювальних клапанів, модульного невеликого обладнання для виробництва водню та довговічних систем живлення паливних елементів, а також енергійно просуває технології та обладнання інтегрованих станцій виробництва та гідрування водню. Що стосується просування продукції, професійна кваліфікація інженерів-конструкторів Ally Hi-Tech є всеохопною. Вона прагне надавати комплексні рішення для водневої енергетики, а також швидко просуває застосування цієї продукції на ринку.
Були досягнуті прориви у застосуванні обладнання для виробництва водню.
Наразі Ally Hi-Tech виготовила понад 620 комплектів обладнання для виробництва та очищення водню. Серед них Ally Hi-Tech встановила понад 300 комплектів обладнання для виробництва метанольного водню, понад 100 комплектів обладнання для виробництва водню з природного газу та понад 130 комплектів обладнання для великих проектів PSA, а також реалізувала низку проектів з виробництва водню національного значення.
Компанія Ally Hi-Tech співпрацює з відомими вітчизняними та зарубіжними компаніями, такими як Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germany, Praxair America, Iwatani Japan, BP тощо. Це один з постачальників повного комплексу послуг з обладнання та найбільший у світі постачальник обладнання для виробництва водню малого та середнього розміру. Наразі обладнання для виробництва водню Ally Hi-Tech експортується до 16 країн та регіонів, таких як США, Японія, Південна Корея, Індія, Малайзія, Філіппіни, Пакистан, М'янма, Таїланд та Південна Африка. У 2019 році інтегроване обладнання для виробництва водню з природного газу третього покоління від Ally Hi-Tech було експортовано компанії American Plug Power Inc., яке було розроблено та виготовлено у повній відповідності до американських стандартів, що створило прецедент для експорту китайського обладнання для виробництва водню з природного газу до Сполучених Штатів.
Рисунок 2. Комплексне обладнання для виробництва та гідрогенізації водню, експортоване компанією Ally Hi-Tech до Сполучених Штатів
Будівництво першої партії комплексної станції з виробництва та гідрування водню.
З огляду на практичні проблеми нестабільних джерел та високих цін на водень для енергетики, Ally High-Tech прагне сприяти застосуванню високоінтегрованої технології виробництва водню та використовувати існуючу зрілу систему постачання метанолу, мережу трубопроводів природного газу, заправні станції CNG та LNG для реконструкції та розширення інтегрованої станції виробництва та заправки водню. У вересні 2021 року на станції гідрування Nanzhuang у Фошані було введено в експлуатацію першу вітчизняну інтегровану станцію виробництва та гідрування водню з природного газу за генеральним контрактом Ally Hi-Tech.
Станція спроектована з одним комплектом установки для виробництва водню шляхом риформінгу природного газу продуктивністю 1000 кг/день та одним комплектом установки для виробництва водню електролізом води продуктивністю 100 кг/день, з зовнішньою гідрогенізаційною потужністю 1000 кг/день. Це типова інтегрована гідрогенізаційна станція типу "виробництво водню + стиснення + зберігання + заповнення". Вона є лідером у застосуванні екологічно чистої технології каталізатора з широким діапазоном температур та спрямованого спільного очищення в галузі, що підвищує ефективність виробництва водню на 3% та ефективно знижує споживання енергії. Станція має високий рівень інтеграції, невелику площу приміщення та високоінтегроване обладнання для виробництва водню.
Виробництво водню на станції зменшує кількість транспортних ліній водню та вартість його зберігання та транспортування, що безпосередньо знижує вартість споживання водню. Станція має зарезервований зовнішній інтерфейс, який може заповнювати довгі трубчасті трейлери та служити материнською станцією для забезпечення джерелом водню навколишніх станцій гідрування, утворюючи регіональну материнську інтегровану станцію гідрування. Крім того, цю інтегровану станцію виробництва та гідрування водню також можна реконструювати та розширити на основі існуючої системи розподілу метанолу, мережі трубопроводів природного газу та інших об'єктів, а також автозаправних станцій та станцій заправки СПГ та ЗПГ, що легко просувати та впроваджувати.
Рисунок 3. Комплексна станція виробництва та гідрування водню в Наньчжуані, Фошань, Гуандун
Активно керує галузевими інноваціями, просуванням та застосуванням, а також міжнародним обміном та співпрацею.
Як ключове високотехнологічне підприємство національної програми «Факел», демонстраційне підприємство нової економіки в провінції Сичуань та спеціалізоване нове підприємство в провінції Сичуань, Ally Hi-Tech активно очолює галузеві інновації та сприяє міжнародному обміну та співпраці. З 2005 року Ally Hi-Tech послідовно постачала технології та обладнання для виробництва водню у великих національних проектах паливних елементів 863 – водневій заправній станції Антінг у Шанхаї, водневій заправній станції Олімпійського водню в Пекіні та водневій заправній станції Всесвітньої виставки в Шанхаї, а також забезпечила всі проекти станцій виробництва водню космічного центру Китаю на високому рівні.
Як член Національного комітету зі стандартизації водневої енергетики, Ally Hi-Tech брала активну участь у створенні системи стандартів водневої енергетики в країні та за кордоном, керувала розробкою одного національного стандарту водневої енергетики та брала участь у формулюванні семи національних стандартів та одного міжнародного стандарту. Водночас Ally Hi-Tech активно сприяла міжнародному обміну та співпраці, заснувала Chengchuan Technology Co., Ltd. у Японії, розробила технологію виробництва водню нового покоління, технологію когенерації SOFC та супутні продукти, а також здійснювала співпрацю з компаніями у США, Німеччині та Японії в галузі нових технологій виробництва водню методом електролізу води та технології синтетичного аміаку в малих масштабах. Маючи 45 патентів з Китаю, США та Європейського Союзу, Ally Hi-Tech є типовим технологічним та експортно-орієнтованим підприємством.
Пропозиція щодо політики
Згідно з вищезазначеним аналізом, завдяки інноваціям у технології виробництва водню, Ally Hi-Tech досягла проривів у розробці обладнання для виробництва водню, просуванні та застосуванні обладнання для виробництва водню, будівництві та експлуатації інтегрованих станцій виробництва та заправки водню, що має велике значення для незалежних технологічних інновацій Китаю у водневій енергетиці та зниження вартості споживання енергії воднем. Для забезпечення та покращення постачання водневої енергії, прискорення будівництва безпечної, стабільної та ефективної мережі постачання водневої енергії та побудови чистої, низьковуглецевої та недорогої диверсифікованої системи виробництва водню, Китаю необхідно посилити інновації в технологіях виробництва водню та розробку продуктів, подолати обмеження політики та нормативних актів, а також заохочувати до перших випробувань нового обладнання та моделей з ринковим потенціалом. Подальше вдосконалення допоміжної політики та оптимізація промислового середовища допоможемо китайській водневій енергетиці розвиватися з високою якістю та рішуче підтримати зелену трансформацію енергетики.
Удосконалити систему політики водневої енергетики.
Наразі опубліковано «Стратегічне позиціонування та політику підтримки водневої енергетики», але конкретний напрямок розвитку водневої енергетики ще не визначено. Для подолання інституційних перешкод та політичних перешкод промислового розвитку Китаю необхідно посилити політичні інновації, сформулювати досконалі норми управління водневою енергетикою, уточнити процеси управління та інституції управління підготовкою, зберіганням, транспортуванням та розливом, а також виконати обов'язки відповідального відділу нагляду за безпекою. Дотримуйтесь моделі демонстраційного застосування, що стимулює промисловий розвиток, та всебічно сприяйте диверсифікованому демонстраційному розвитку водневої енергетики в транспорті, накопиченні енергії, розподіленій енергетиці тощо.
Побудуйте систему постачання водневої енергії відповідно до місцевих умов.
Місцеві органи влади повинні всебічно враховувати потужності постачання водневої енергії, промислову базу та ринковий простір у регіоні, виходячи з переваг існуючих та потенційних ресурсів, вибирати відповідні методи виробництва водню відповідно до місцевих умов, здійснювати будівництво гарантійних потужностей постачання водневої енергії, надавати пріоритет використанню промислового побічного водню та зосереджуватися на розвитку виробництва водню з відновлюваних джерел енергії. Заохочувати кваліфіковані регіони до співпраці через різні канали для побудови низьковуглецевої, безпечної, стабільної та економічної місцевої системи постачання водневої енергії для задоволення попиту на великомасштабні джерела водню.
Збільшення технологічних інновацій обладнання для виробництва водню.
Зосередитися на просуванні досліджень і розробок, виробництва та промислового застосування ключового обладнання для очищення та виробництва водню, а також створити високоякісну систему розробки технологій для обладнання для водневої енергетики, спираючись на вигідні підприємства в промисловому ланцюжку. Підтримати провідні підприємства у сфері виробництва водню, щоб вони взяли на себе лідерство, створити інноваційні платформи, такі як центри промислових інновацій, центри інженерних досліджень, центри технологічних інновацій та центри виробничих інновацій, вирішити ключові проблеми обладнання для виробництва водню, підтримати «спеціалізовані та нові» малі та середні підприємства для участі в дослідженнях та розробках загальних технологій обладнання для виробництва водню, а також створити низку єдиних підприємств-лідерів з сильною незалежною здатністю до основних технологій.
Посилити політичну підтримку інтегрованого виробництва водню та станцій гідрогенізації.
У Плані зазначається, що для дослідження нових моделей, таких як водневі станції, що інтегрують виробництво, зберігання та гідрування водню на станції, нам потрібно з самого початку подолати політичні обмеження на будівництво інтегрованих станцій. Якомога швидше запровадити національний енергетичний закон, щоб визначити енергетичну характеристику водню на верхньому рівні. Подолати обмеження на будівництво інтегрованих станцій, сприяти інтегрованим станціям виробництва та гідрування водню, а також провести пілотну демонстрацію будівництва та експлуатації інтегрованих станцій в економічно розвинених районах з багатими ресурсами природного газу. Надавати фінансові субсидії на будівництво та експлуатацію інтегрованих станцій, що відповідають вимогам цінової економії та стандартів викидів вуглецю, підтримувати відповідні провідні підприємства у подачі заявок на національні «спеціалізовані та спеціальні нові» підприємства, а також покращувати технічні характеристики та стандарти безпеки інтегрованих станцій виробництва та гідрування водню.
Активно проводити демонстрацію та просування нових бізнес-моделей.
Заохочувати інновації бізнес-моделей у формі інтегрованого виробництва водню на станціях, комплексних станцій енергозабезпечення для нафти, водню та електроенергії, а також скоординованої роботи «водню, транспортних засобів та станцій». У районах з великою кількістю транспортних засобів на паливних елементах та високим тиском на постачання водню ми досліджуватимемо інтегровані станції для виробництва водню та гідрування з природного газу, а також заохочуватимемо райони з розумними цінами на природний газ та демонстраційну експлуатацію транспортних засобів на паливних елементах. У районах з багатими ресурсами вітрової та гідроенергетики та сценаріями застосування водневої енергії будувати інтегровані станції виробництва та гідрування водню з відновлюваної енергії, поступово розширювати масштаб демонстрацій, формувати досвід, який можна повторювати та популяризувати, а також прискорювати зниження викидів вуглецю та вартості енергії, пов'язаної з воднем.
(Автор: команда досліджень майбутньої галузі Пекінського інформаційно-консалтингового центру Івей Чжиюань)
Час публікації: 29 вересня 2022 р.
