Inovacije, popularizacija in uporaba tehnologije za proizvodnjo vodikove energije -- študija primera podjetja Ally Hi-Tech
Izvirna povezava:https://mp.weixin.qq.com/s/--dP1UU_LS4zg3ELdHr-Sw
Opomba urednika: Ta članek je bil prvotno objavljen na uradnem računu Wechat: China Thinktank
Nacionalna komisija za razvoj in reforme ter Kitajska nacionalna uprava za energijo sta 23. marca skupaj izdali srednjeročni in dolgoročni načrt za razvoj industrije vodikove energije (2021–2035) (v nadaljnjem besedilu načrt), ki je opredelil energetski atribut vodika in predlagal, da je vodikova energija sestavni del prihodnjega nacionalnega energetskega sistema in ključna smer strateških novih industrij. Vozila na gorivne celice so vodilno področje uporabe vodikove energije in preboj industrijskega razvoja na Kitajskem.
Leta 2021 je bilo v skladu z nacionalno politiko demonstracij in uporabe vozil na gorivne celice zaporedno predstavljenih pet mestnih aglomeracij: Peking, Tianjin, Hebei, Šanghaj, Guangdong, Hebei in Henan, začela se je obsežna demonstracija in uporaba 10.000 vozil na gorivne celice, razvoj industrije vodikove energije, ki jo poganja demonstracija in uporaba vozil na gorivne celice, pa je bil uresničen.
Hkrati je bil dosežen preboj tudi pri uporabi in raziskovanju vodikove energije na področjih, ki niso povezana s prometom, kot so jeklarstvo, kemična industrija in gradbeništvo. V prihodnosti bo raznolika in večscenarna uporaba vodikove energije prinesla veliko povpraševanje po vodiku. Po napovedih Kitajske zveze za vodikovo energijo bo do leta 2030 kitajsko povpraševanje po vodiku doseglo 35 milijonov ton, vodikova energija pa bo predstavljala vsaj 5 % kitajskega terminalnega energetskega sistema; do leta 2050 bo povpraševanje po vodiku blizu 60 milijonov ton, vodikova energija bo predstavljala več kot 10 % kitajskega terminalnega energetskega sistema, letna proizvodna vrednost industrijske verige pa bo dosegla 12 bilijonov juanov.
Z vidika industrijskega razvoja je kitajska industrija vodikove energije še vedno v zgodnji fazi razvoja. V procesu uporabe, demonstracije in promocije vodikove energije sta nezadostna ponudba in visoki stroški vodika za energijo vedno predstavljali velik problem, ki je omejeval razvoj kitajske industrije vodikove energije. Kot osrednja povezava oskrbe z vodikom so še vedno izraziti problemi visoke tovarniške cene ter visokih stroškov skladiščenja in prevoza vodika za vozila.
Zato mora Kitajska nujno pospešiti inovacije, popularizacijo in uporabo nizkocenovne tehnologije za proizvodnjo vodika, izboljšati ekonomičnost demonstracijske uporabe z zmanjšanjem stroškov oskrbe z vodikovo energijo, podpreti obsežno demonstracijsko uporabo vozil na gorivne celice in nato spodbuditi razvoj celotne industrije vodikove energije.
Visoka cena vodika je pomemben problem pri razvoju kitajske industrije vodikove energije
Kitajska je velika država, ki proizvaja vodik. Proizvodnja vodika je porazdeljena v petrokemični, kemični, koksarski in drugih industrijah. Večina proizvedenega vodika se uporablja kot vmesni proizvod za rafiniranje nafte, sintetični amonijak, metanol in druge kemične izdelke. Po statistiki Kitajske zveze za vodikovo energijo (China Hydrogen Energy Alliance) trenutno na Kitajskem proizvedejo približno 33 milijonov ton vodika, predvsem iz premoga, zemeljskega plina in drugih fosilnih virov energije ter industrijskih stranskih proizvodov čiščenja plina. Med njimi je proizvodnja vodika iz premoga 21,34 milijona ton, kar predstavlja 63,5 %. Sledi proizvodnja industrijskega stranskega vodika in vodika iz zemeljskega plina s proizvodnjo 7,08 milijona ton oziroma 4,6 milijona ton. Proizvodnja vodika z elektrolizo vode je relativno majhna, približno 500.000 ton.
Čeprav je industrijski postopek proizvodnje vodika zrel, industrijska veriga zaključena in je pridobivanje relativno priročno, se oskrba z vodikom kot energijo še vedno sooča z velikimi izzivi. Višji stroški surovin in prevoznih stroškov za proizvodnjo vodika vodijo do višjih končnih dobavnih cen vodika. Za dosego obsežne popularizacije in uporabe tehnologije vodikove energije je ključnega pomena prebiti ozko grlo visokih stroškov pridobivanja in prevoza vodika. Med obstoječimi metodami proizvodnje vodika so stroški proizvodnje vodika iz premoga nizki, vendar je raven emisij ogljika visoka. Stroški porabe energije za proizvodnjo vodika z elektrolizo vode v velikih industrijah so visoki.
Tudi pri nizki porabi električne energije so stroški proizvodnje vodika višji od 20 juanov/kg. Nizki stroški in nizke emisije ogljika pri proizvodnji vodika iz opuščanja obnovljivih virov energije so pomembna smer za pridobivanje vodika v prihodnosti. Trenutno tehnologija postopoma dozoreva, vendar je lokacija pridobivanja relativno oddaljena, stroški prevoza so zelo visoki in ni scenarijev za promocijo in uporabo. Z vidika sestave stroškov vodika predstavljajo stroški prevoza in polnjenja vodika 30–45 % cene energije, ki jo porabi vodik. Obstoječa tehnologija prevoza vodika, ki temelji na visokotlačnem plinastem vodiku, ima manjši obseg prevoza z enim vozilom, nizko ekonomsko vrednost prevoza na dolge razdalje, tehnologije shranjevanja in prevoza v trdnem stanju ter tekočega vodika pa niso zrele. Zunanje izvajanje plinastega vodika na polnilnicah za vodik je še vedno glavna pot.
V trenutni specifikaciji upravljanja je vodik še vedno naveden kot upravljavec nevarnih kemikalij. Obsežna industrijska proizvodnja vodika mora vstopiti v park kemične industrije. Obsežna proizvodnja vodika ne ustreza povpraševanju po vodiku za decentralizirana vozila, kar ima za posledico visoke cene vodika. Za dosego preboja je nujno potrebna visoko integrirana tehnologija za proizvodnjo vodika in polnjenje. Cenovna raven proizvodnje vodika iz zemeljskega plina je razumna, kar omogoča obsežno in stabilno oskrbo. Zato je na območjih z relativno obilnim zemeljskim plinom integrirana postaja za proizvodnjo vodika in polnjenje na osnovi zemeljskega plina izvedljiva možnost oskrbe z vodikom in realna pot za promocijo polnilnic za vodik, da se zmanjšajo stroški in reši težaven problem polnjenja z gorivom na nekaterih območjih. Trenutno je na svetu približno 237 integriranih postaj za proizvodnjo vodika na drsnih kladivah, kar predstavlja približno 1/3 celotnega števila tujih polnilnic za vodik. Med njimi Japonska, Evropa, Severna Amerika in druge regije široko uporabljajo način delovanja integrirane postaje za proizvodnjo vodika in polnjenje v postaji. Kar zadeva domače razmere, so Foshan, Weifang, Datong, Zhangjiakou in drugi kraji začeli raziskovati pilotno gradnjo in delovanje integriranih postaj za proizvodnjo in polnjenje vodika. Lahko se predvideva, da bo po preboju politik in predpisov o upravljanju vodika ter proizvodnji vodika integrirana postaja za proizvodnjo in polnjenje vodika realna izbira za komercialno delovanje postaj za polnjenje vodika.
Izkušnje na področju inovacij, popularizacije in uporabe tehnologije proizvodnje vodika podjetja Ally Hi-Tech
Kot vodilno podjetje na področju proizvodnje vodika na Kitajskem se Ally Hi-Tech že več kot 20 let osredotoča na raziskave in razvoj novih energetskih rešitev in naprednih tehnologij za proizvodnjo vodika. Na področjih tehnologije proizvodnje vodika iz zemeljskega plina v majhnem obsegu, tehnologije proizvodnje vodika s katalitično oksidacijo metanola, tehnologije proizvodnje vodika z elektrolizo vode pri visokih temperaturah, tehnologije proizvodnje vodika z razgradnjo amoniaka, tehnologije sintetičnega amoniaka v majhnem obsegu, velikih pretvornikov metanola v monomeru, integriranega sistema za proizvodnjo in hidrogeniranje vodika ter tehnologije usmerjenega čiščenja vodika v vozilih je bilo doseženih veliko prebojev na najsodobnejših tehničnih področjih, kot so navedena zgoraj.
Še naprej spodbujati tehnološke inovacije pri proizvodnji vodika.
Ally Hi-Tech vedno postavlja proizvodnjo vodika kot osrednji del svojega poslovanja in nenehno izvaja tehnološke inovacije na področju proizvodnje vodika, kot so pretvorba metanola, reforming zemeljskega plina in usmerjeno čiščenje vodika s PSA. Med njimi ima en sam komplet opreme za proizvodnjo vodika s pretvorbo metanola, ki ga je podjetje neodvisno razvilo in zasnovalo, proizvodno zmogljivost vodika 20000 Nm³/h. Najvišji tlak doseže 3,3 MPa, kar je mednarodno napredna raven, s prednostmi nizke porabe energije, varnosti in zanesljivosti, preprostega postopka, brez nadzora itd.; podjetje je naredilo preboj v tehnologiji proizvodnje vodika z reformingom zemeljskega plina (metoda SMR).
Uporabljena je tehnologija reformiranja izmenjave toplote, ki omogoča proizvodnjo vodika z enim samim kompletom opreme do 30000 Nm³/h. Najvišji tlak lahko doseže 3,0 MPa, kar znatno zmanjša investicijske stroške in porabo energije zemeljskega plina za 33 %. Kar zadeva tehnologijo usmerjenega čiščenja vodika z adsorpcijo pri nihanju tlaka (PSA), je podjetje razvilo vrsto kompletov tehnologij čiščenja vodika, ki omogočajo proizvodnjo vodika z enim samim kompletom opreme do 100000 Nm³/h. Najvišji tlak je 5,0 MPa. Ima visoko stopnjo avtomatizacije, enostavno upravljanje, dobro okolje in dolgo življenjsko dobo. Široko se uporablja na področju industrijskega ločevanja plinov.
Slika 1: Oprema za proizvodnjo H2, ki jo je nastavil Ally Hi-Tech
Pozornost je namenjena razvoju in promociji izdelkov serije vodikove energije.
Med izvajanjem inovacij na področju tehnologije proizvodnje vodika in razvoja izdelkov Ally Hi-Tech posveča pozornost širjenju razvoja izdelkov na področju gorivnih celic za proizvodnjo vodika, aktivno spodbuja raziskave in razvoj ter uporabo katalizatorjev, adsorbentov, regulacijskih ventilov, modularne majhne opreme za proizvodnjo vodika in sistemov za napajanje gorivnih celic z dolgo življenjsko dobo ter odločno promovira tehnologijo in opremo integrirane postaje za proizvodnjo vodika in hidrogeniranje. Kar zadeva promocijo izdelkov, je strokovna usposobljenost inženirskega oblikovanja podjetja Ally Hi-Tech celovita. Zavezani so k zagotavljanju celovitih rešitev za vodikovo energijo, uporaba izdelkov na trgu pa se hitro promovira.
Pri uporabi opreme za proizvodnjo vodika so bili doseženi preboji.
Trenutno je Ally Hi-Tech izdelal več kot 620 kompletov opreme za proizvodnjo in čiščenje vodika. Med njimi je Ally Hi-Tech promoviral več kot 300 kompletov opreme za proizvodnjo vodika v metanolu, več kot 100 kompletov opreme za proizvodnjo vodika v zemeljskem plinu in več kot 130 kompletov opreme za velike projekte PSA, poleg tega pa je izvedel številne projekte proizvodnje vodika na nacionalni ravni.
Ally Hi-Tech sodeluje z znanimi podjetji doma in v tujini, kot so Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germany, Praxair America, Iwatani Japan, BP in tako naprej. Je eden od ponudnikov celovitih storitev opreme z največjo ponudbo na področju male in srednje velike opreme za proizvodnjo vodika na svetu. Trenutno je bila oprema za proizvodnjo vodika Ally Hi-Tech izvožena v 16 držav in regij, kot so Združene države Amerike, Japonska, Južna Koreja, Indija, Malezija, Filipini, Pakistan, Mjanmar, Tajska in Južna Afrika. Leta 2019 je bila integrirana oprema za proizvodnjo vodika iz zemeljskega plina tretje generacije podjetja Ally Hi-Tech izvožena podjetju American Plug Power Inc., ki je bila zasnovana in izdelana v celoti v skladu z ameriškimi standardi, kar je ustvarilo precedens za izvoz kitajske opreme za proizvodnjo vodika iz zemeljskega plina v Združene države Amerike.
Slika 2. Integrirana oprema za proizvodnjo vodika in hidrogeniranje, ki jo je Ally Hi-Tech izvozil v Združene države Amerike
Izgradnja prve serije integrirane postaje za proizvodnjo in hidrogeniranje vodika.
Glede na praktične težave nestabilnih virov in visokih cen vodika za energijo se je Ally High-Tech zavezal k spodbujanju uporabe visoko integrirane tehnologije za proizvodnjo vodika in uporabi obstoječega zrelega sistema oskrbe z metanolom, omrežja plinovodov za zemeljski plin ter polnilnic za stisnjen zemeljski plin (CNG) in utekočinjeni zemeljski plin (LNG) za rekonstrukcijo in širitev integrirane postaje za proizvodnjo in polnjenje vodika. Septembra 2021 je bila v hidrogenacijski postaji Foshan Gas Nanzhuang zagnana prva domača integrirana postaja za proizvodnjo in hidrogeniranje vodika iz zemeljskega plina.
Postaja je zasnovana z enim kompletom enote za proizvodnjo vodika iz reforminga zemeljskega plina s kapaciteto 1000 kg/dan in enim kompletom enote za proizvodnjo vodika z elektrolizo vode s kapaciteto 100 kg/dan, z zunanjo hidrogenacijsko zmogljivostjo 1000 kg/dan. Gre za tipično integrirano hidrogenacijsko postajo tipa "proizvodnja vodika + kompresija + shranjevanje + polnjenje". V industriji je vodilna pri uporabi okolju prijaznega katalizatorja s širokim temperaturnim spreminjanjem in tehnologije usmerjenega sočiščenja, kar izboljša učinkovitost proizvodnje vodika za 3 % in učinkovito zmanjša porabo energije pri proizvodnji vodika. Postaja ima visoko stopnjo integracije, majhno površino in visoko integrirano opremo za proizvodnjo vodika.
Proizvodnja vodika v postaji zmanjšuje povezave za transport vodika in stroške skladiščenja in transporta vodika, kar neposredno zmanjšuje stroške porabe vodika. Postaja ima rezerviran zunanji vmesnik, ki lahko polni dolge cevne prikolice in služi kot matična postaja za zagotavljanje vira vodika za okoliške postaje za hidrogeniranje, s čimer tvori regionalno podmatično integrirano postajo za hidrogeniranje. Poleg tega je mogoče to integrirano postajo za proizvodnjo in hidrogeniranje vodika rekonstruirati in razširiti tudi na podlagi obstoječega sistema za distribucijo metanola, omrežja plinovodov za zemeljski plin in drugih objektov, pa tudi bencinskih črpalk in polnilnic za stisnjen zemeljski plin (CNG) in utekočinjeni zemeljski plin (LNG), kar je enostavno promovirati in izvajati.
Slika 3 Integrirana postaja za proizvodnjo in hidrogeniranje vodika v Nanzhuangu, Foshan, Guangdong
Aktivno vodi inovacije v industriji, promocijo in uporabo ter mednarodne izmenjave in sodelovanje.
Kot ključno visokotehnološko podjetje nacionalnega programa Torch, demonstracijsko podjetje za novo gospodarstvo v provinci Sečuan in specializirano ter posebno novo podjetje v provinci Sečuan, Ally Hi-Tech aktivno vodi inovacije v industriji ter spodbuja mednarodne izmenjave in sodelovanje. Od leta 2005 Ally Hi-Tech zaporedno zagotavlja tehnologijo in opremo za proizvodnjo vodika v večjih nacionalnih projektih gorivnih celic 863 - polnilnici vodika Shanghai Anting, polnilnici vodika na olimpijskih igrah v Pekingu in polnilnici vodika na svetovni razstavi Shanghai World Expo, ter zagotavlja visoke standarde za vse projekte postaj za proizvodnjo vodika v kitajskem vesoljskem izstrelitvenem centru.
Kot član nacionalnega odbora za standardizacijo vodikove energije je Ally Hi-Tech aktivno sodeloval pri izgradnji sistema standardov za vodikovo energijo doma in v tujini, vodil je pripravo enega nacionalnega standarda za vodikovo energijo in sodeloval pri oblikovanju sedmih nacionalnih standardov in enega mednarodnega standarda. Hkrati je Ally Hi-Tech aktivno spodbujal mednarodne izmenjave in sodelovanje, ustanovil podjetje Chengchuan Technology Co., Ltd. na Japonskem, razvil novo generacijo tehnologije za proizvodnjo vodika, tehnologijo soproizvodnje SOFC in sorodne izdelke ter sodeloval s podjetji v Združenih državah Amerike, Nemčiji in na Japonskem na področju nove tehnologije za proizvodnjo vodika z elektrolizo vode in tehnologije sintetičnega amoniaka v majhnem obsegu. S 45 patenti iz Kitajske, Združenih držav Amerike in Evropske unije je Ally Hi-Tech tipično tehnološko usmerjeno in izvozno usmerjeno podjetje.
Predlog pravilnika
Glede na zgornjo analizo je Ally Hi-Tech na podlagi inovacij tehnologije proizvodnje vodika dosegel preboj pri razvoju opreme za proizvodnjo vodika, promociji in uporabi opreme za proizvodnjo vodika ter izgradnji in delovanju integrirane proizvodnje in bencinske črpalke za vodik, kar je zelo pomembno za neodvisno tehnološko inovacijo Kitajske na področju vodikove energije in zmanjšanje stroškov porabe vodika. Da bi zagotovili in izboljšali oskrbo z vodikovo energijo, pospešili izgradnjo varnega, stabilnega in učinkovitega omrežja za oskrbo z vodikovo energijo ter zgradili čist, nizkoogljičen in nizkocenovni diverzificiran sistem za proizvodnjo vodika, mora Kitajska okrepiti inovacije na področju tehnologije proizvodnje vodika in razvoj izdelkov, prebiti omejitve politik in predpisov ter spodbujati preizkušanje nove opreme in modelov s tržnim potencialom. Z nadaljnjim izboljšanjem podpornih politik in optimizacijo industrijskega okolja bomo kitajski industriji vodikove energije pomagali pri razvoju z visoko kakovostjo in močno podprli zeleno transformacijo energije.
Izboljšati sistem politik v industriji vodikove energije.
Trenutno so bile izdane "strateške politike pozicioniranja in podpore vodikovi energetski industriji", vendar specifična smer razvoja vodikove energetske industrije še ni bila določena. Da bi odpravila institucionalne ovire in ozka grla politike industrijskega razvoja, mora Kitajska okrepiti inovacije politik, oblikovati popolne norme za upravljanje vodikove energije, razjasniti procese upravljanja in institucije za upravljanje priprave, skladiščenja, transporta in polnjenja ter izvajati odgovornosti pristojnega oddelka za varnostni nadzor. Držati se modela demonstracijske uporabe, ki spodbuja industrijski razvoj, in celovito spodbujati raznolik demonstracijski razvoj vodikove energije na področju transporta, shranjevanja energije, porazdelitve energije in tako naprej.
Zgradite sistem za oskrbo z vodikovo energijo glede na lokalne razmere.
Lokalne oblasti bi morale celovito preučiti zmogljivosti oskrbe z vodikovo energijo, industrijsko osnovo in tržni prostor v regiji, pri čemer bi morale na podlagi prednosti obstoječih in potencialnih virov izbrati ustrezne metode proizvodnje vodika glede na lokalne razmere, izgraditi zmogljivosti za zagotavljanje oskrbe z vodikovo energijo, dati prednost uporabi vodika kot industrijskega stranskega proizvoda in se osredotočiti na razvoj proizvodnje vodika iz obnovljivih virov energije. Spodbujati usposobljene regije k sodelovanju prek več kanalov za izgradnjo nizkoogljičnega, varnega, stabilnega in ekonomičnega lokalnega sistema oskrbe z vodikovo energijo, da bi zadostile povpraševanju po ponudbi velikih virov vodika.
Povečanje tehnoloških inovacij opreme za proizvodnjo vodika.
Osredotočiti se na spodbujanje raziskav in razvoja, proizvodnje in industrijske uporabe ključne opreme za čiščenje vodika in proizvodnjo vodika ter zgraditi visokokakovosten sistem razvoja tehnologije za izdelke opreme za vodikovo energijo z zanašanjem na prednostna podjetja v industrijski verigi. Podpreti vodilna podjetja na področju proizvodnje vodika, da prevzamejo vodilno vlogo, vzpostaviti inovacijske platforme, kot so industrijski inovacijski center, inženirski raziskovalni center, center za tehnološke inovacije in center za inovacije v proizvodnji, rešiti ključne probleme opreme za proizvodnjo vodika, podpreti "specializirana in nova" mala in srednje velika podjetja pri sodelovanju v raziskavah in razvoju skupnih tehnologij opreme za proizvodnjo vodika ter gojiti številna posamezna vodilna podjetja z močno neodvisno sposobnostjo osnovne tehnologije.
Okrepiti politično podporo za integrirano proizvodnjo vodika in postaje za hidrogeniranje.
Načrt poudarja, da moramo za raziskovanje novih modelov, kot so vodikove postaje, ki vključujejo proizvodnjo, shranjevanje in hidrogeniranje vodika v postaji, od temeljev prebiti politične omejitve glede gradnje integriranih postaj. Čim prej uvesti nacionalni energetski zakon, ki bo določil energijski atribut vodika z zgornje ravni. Prebiti omejitve glede gradnje integriranih postaj, spodbujati integrirane postaje za proizvodnjo vodika in hidrogeniranje ter izvesti pilotne demonstracije gradnje in delovanja integriranih postaj na gospodarsko razvitih območjih z bogatimi viri zemeljskega plina. Zagotoviti finančne subvencije za gradnjo in delovanje integriranih postaj, ki izpolnjujejo zahteve cenovne ekonomičnosti in standardov emisij ogljika, podpreti ustrezna vodilna podjetja pri prijavi za nacionalna "specializirana in posebna nova" podjetja ter izboljšati varnostne tehnične specifikacije in standarde integriranih postaj za proizvodnjo vodika in hidrogeniranje.
Aktivno izvajati demonstracije in promocijo novih poslovnih modelov.
Spodbujati inovacije poslovnih modelov v obliki integrirane proizvodnje vodika v postajah, celovitih postaj za oskrbo z energijo za nafto, vodik in elektriko ter usklajenega delovanja "vodika, vozil in postaj". Na območjih z velikim številom vozil na gorivne celice in visokim pritiskom na oskrbo z vodikom bomo raziskali integrirane postaje za proizvodnjo vodika in hidrogeniranje iz zemeljskega plina ter spodbujali območja z razumnimi cenami zemeljskega plina in demonstracijsko delovanje vozil na gorivne celice. Na območjih z bogatimi viri vetrne in hidroenergije ter scenariji uporabe vodikove energije bomo zgradili integrirane postaje za proizvodnjo vodika in hidrogeniranje z obnovljivimi viri energije, postopoma širili demonstracijski obseg, oblikovali ponovljive in popularizirane izkušnje ter pospešili zmanjševanje ogljika in stroškov energije vodika.
(Avtor: raziskovalna skupina za prihodnjo industrijo informacijsko-svetovalnega centra Yiwei Zhiyuan v Pekingu)
Čas objave: 29. september 2022
