Innovation, popularisering och tillämpning av vätgasenergiproduktionsteknik -- en fallstudie av Ally Hi-Tech
Ursprunglig länk:https://mp.weixin.qq.com/s/--dP1UU_LS4zg3ELdHr-Sw
Redaktörens anmärkning: Detta är en artikel som ursprungligen publicerades av Wechats officiella konto: China Thinktank
Den 23 mars utfärdade den nationella utvecklings- och reformkommissionen och Kinas nationella energiförvaltning gemensamt den medellång- och långsiktiga planen för utvecklingen av vätgasindustrin (2021-2035) (nedan kallad planen), som definierade vätgasens energiattribut och föreslog att vätgasenergi är en integrerad del av det framtida nationella energisystemet och den viktigaste inriktningen för strategiska nya industrier. Bränslecellsfordon är det ledande området för vätgasenergitillämpningar och genombrottet för industriell utveckling i Kina.
År 2021, drivet av den nationella policyn för demonstration och tillämpning av bränslecellsfordon, lanserades successivt de fem tätorterna Peking, Tianjin, Hebei, Shanghai, Guangdong, Hebei och Henan. Storskalig demonstration och tillämpning av 10 000 bränslecellsfordon började lanseras, och utvecklingen av vätgasindustrin, driven av demonstration och tillämpning av bränslecellsfordon, har omsatts i praktiken.
Samtidigt har genombrott också gjorts inom tillämpningen och utforskningen av vätgasenergi inom områden utanför transport, såsom stål, kemisk industri och bygg. I framtiden kommer diversifierade och mångsidiga tillämpningar av vätgasenergi att medföra en stor efterfrågan på vätgas. Enligt China Hydrogen Energy Alliances prognos kommer Kinas efterfrågan på vätgas att nå 35 miljoner ton år 2030, och vätgasenergi kommer att stå för minst 5 % av Kinas terminalenergisystem. År 2050 kommer efterfrågan på vätgas att vara nära 60 miljoner ton, vätgasenergi står för mer än 10 % av Kinas terminalenergisystem, och den årliga produktionsvärdet för industrikedjan kommer att nå 12 biljoner yuan.
Ur industriell utvecklingsperspektiv är Kinas vätgasindustri fortfarande i ett tidigt utvecklingsstadium. I processen för tillämpning, demonstration och marknadsföring av vätgas har den otillräckliga tillgången och de höga kostnaderna för vätgas alltid varit ett svårt problem som begränsat utvecklingen av Kinas vätgasindustri. Som den centrala länken i vätgasförsörjningen är problemen med höga fabrikspriser och höga lagrings- och transportkostnader för fordonsvätgas fortfarande framträdande.
Därför behöver Kina snarast påskynda innovationen, populariseringen och tillämpningen av billig vätgasproduktionsteknik, förbättra ekonomin för demonstrationstillämpningar genom att minska kostnaderna för vätgasenergiförsörjning, stödja storskalig demonstrationstillämpning av bränslecellsfordon och sedan driva utvecklingen av hela vätgasenergiindustrin.
Det höga priset på vätgas är ett framträdande problem i utvecklingen av Kinas vätgasindustri
Kina är ett stort land som producerar vätgas. Vätgasproduktionen distribueras inom petrokemisk, kemisk, koks- och andra industrier. Merparten av den producerade vätgasen används som mellanprodukter för petroleumraffinering, syntetisk ammoniak, metanol och andra kemiska produkter. Enligt statistik från China Hydrogen Energy Alliance är den nuvarande vätgasproduktionen i Kina cirka 33 miljoner ton, främst från kol, naturgas och annan fossil energi samt rening av industriella biprodukter. Bland dessa är produktionen av vätgasproduktion från kol 21,34 miljoner ton, vilket motsvarar 63,5 %. Följt av industriella biprodukter vätgas och naturgas vätgasproduktion, med en produktion på 7,08 miljoner ton respektive 4,6 miljoner ton. Vätgasproduktionen genom vattenelektrolys är relativt liten, cirka 500 000 ton.
Även om den industriella vätgasproduktionsprocessen är mogen, industrikedjan komplett och anskaffningen relativt enkel, står energiförsörjningen av vätgas fortfarande inför stora utmaningar. De högre råvarukostnaderna och transportkostnaderna för vätgasproduktion leder till ett högre slutpris för vätgas. För att kunna realisera storskalig popularisering och tillämpning av vätgasenergiteknik är nyckeln att bryta igenom flaskhalsen med höga vätgasanskaffnings- och transportkostnader. Bland de befintliga vätgasproduktionsmetoderna är kostnaden för kolvätgasproduktion låg, men koldioxidutsläppsnivån är hög. Energiförbrukningskostnaden för vätgasproduktion genom vattenelektrolys i stora industrier är hög.
Även med låg elproduktion är kostnaden för vätgasproduktion mer än 20 yuan/kg. Den låga kostnaden och de låga koldioxidutsläppen för vätgasproduktion från övergivning av förnybar energi är en viktig riktning för att få vätgas i framtiden. För närvarande är tekniken gradvis mogen, men anskaffningsplatsen är relativt avlägsen, transportkostnaden är mycket hög och det finns inget marknadsförings- eller tillämpningsscenario. Ur vätgaskostnadens sammansättningsperspektiv är 30 ~ 45 % av priset på energivätgas kostnaden för vätgastransport och -påfyllning. Den befintliga vätgastransporttekniken baserad på högtrycksgasvätgas har mindre transportvolym per fordon, dåligt ekonomiskt värde för långdistanstransporter, och teknikerna för lagring och transport i fast tillstånd och flytande vätgas är inte mogna. Outsourcing av gasvätgas till vätgastankstationer är fortfarande det viktigaste sättet.
I den nuvarande hanteringsspecifikationen listas vätgas fortfarande som hantering av farliga kemikalier. Storskalig industriell vätgasproduktion behöver komma in i den kemiska industrin. Storskalig vätgasproduktion matchar inte efterfrågan på vätgas för decentraliserade fordon, vilket resulterar i höga vätgaspriser. En starkt integrerad vätgasproduktions- och tankningsteknik behövs snarast för att uppnå ett genombrott. Prisnivån för naturgasproduktion av vätgas är rimlig, vilket kan realisera storskalig och stabil tillgång. Därför är den integrerade vätgasproduktions- och tankstationen baserad på naturgas ett genomförbart vätgasförsörjningsalternativ och en realistisk väg att främja vätgastankstationer i områden med relativt riklig naturgas för vätgas för att minska kostnaderna och lösa det svåra problemet med tankning i vissa områden. För närvarande finns det cirka 237 medarmonterade integrerade vätgasproduktionsstationer i världen, vilket står för cirka 1/3 av det totala antalet utländska vätgastankstationer. Bland dem använder Japan, Europa, Nordamerika och andra regioner i stor utsträckning driftsättet för integrerad vätgasproduktion och tankstation i stationen. När det gäller den inhemska situationen har Foshan, Weifang, Datong, Zhangjiakou och andra platser börjat utforska pilotprojekt för byggande och drift av integrerade vätgasproduktions- och tankstationer. Det kan förutsägas att efter genombrottet för vätgashantering och vätgasproduktionspolicyer och -regler kommer den integrerade vätgasproduktions- och tankstationen att vara det realistiska valet för kommersiell drift av vätgastankstationen.
Erfarenhet av innovation, popularisering och tillämpning av vätgasproduktionsteknik från Ally Hi-Tech
Som ett ledande företag inom vätgasproduktion i Kina har Ally Hi-Tech sedan starten i mer än 20 år fokuserat på forskning och utveckling av nya energilösningar och avancerad vätgasproduktionsteknik. Inom områdena småskalig naturgasproduktionsteknik, metanolproduktionsteknik med katalytisk oxidation, vätgasproduktionsteknik med elektrolys vid högtemperaturvatten, vätgasproduktionsteknik med ammoniaknedbrytning, småskalig syntetisk ammoniakteknik, stor monomermetanolkonverterare, integrerat vätgasproduktions- och hydreringssystem, samt riktningsreningsteknik för fordonsvätgas har många genombrott gjorts inom banbrytande tekniska områden som anges ovan.
Fortsätta främja teknisk innovation inom vätgasproduktion.
Ally Hi-Tech har alltid vätgasproduktion som kärnan i sin verksamhet och fortsätter att genomföra teknisk innovation inom vätgasproduktion, såsom metanolkonvertering, naturgasreformering och PSA-riktad rening av vätgas. Bland dessa har en enda uppsättning utrustning för metanolkonvertering av vätgas, som utvecklats och designats oberoende av företaget, en vätgasproduktionskapacitet på 20 000 Nm³/h. Det maximala trycket når 3,3 MPa, vilket når en internationellt avancerad nivå, med fördelarna med låg energiförbrukning, säkerhet och tillförlitlighet, enkel process, obevakning och så vidare. Företaget har gjort ett genombrott inom vätgasproduktionstekniken för naturgasreformering (SMR-metoden).
Värmeväxlingsreformeringsteknik har använts, och vätgasproduktionskapaciteten för en enda uppsättning utrustning är upp till 30000 Nm³/h. Det maximala trycket kan nå 3,0 MPa, investeringskostnaden minskas kraftigt och energiförbrukningen för naturgas minskas med 33 %. När det gäller trycksvingningsadsorption (PSA) vätgasriktningsreningsteknik har företaget utvecklat en mängd olika kompletta uppsättningar vätgasreningstekniker, och vätgasproduktionskapaciteten för en enda uppsättning utrustning är 100000 Nm³/h. Det maximala trycket är 5,0 MPa. Den har egenskaper som hög automatiseringsgrad, enkel drift, god miljö och lång livslängd. Den har använts i stor utsträckning inom industriell gasseparation.
Figur 1: H2-produktionsutrustning från Ally Hi-Tech
Uppmärksamhet ägnas åt utveckling och marknadsföring av vätgasenergiprodukter.
Samtidigt som Ally Hi-Tech bedriver innovation och produktutveckling inom vätgasproduktionsteknik, fokuserar företaget på att utöka produktutvecklingen inom nedströmsbränsleceller för vätgas, främjar aktivt forskning och utveckling samt tillämpning av katalysatorer, adsorbenter, styrventiler, modulär liten utrustning för vätgasproduktion och bränslecellsförsörjningssystem med lång livslängd, och främjar kraftfullt tekniken och utrustningen för integrerad vätgasproduktion och hydreringsstation. När det gäller produktmarknadsföring är Ally Hi-Techs professionella kvalifikationer inom ingenjörskonst omfattande. Företaget har åtagit sig att tillhandahålla kompletta produkter och tjänster för vätgasenergilösningar, och produktens marknadstillämpning marknadsförs snabbt.
Genombrott har gjorts i tillämpningen av utrustning för vätgasproduktion.
För närvarande har Ally Hi-Tech byggt mer än 620 uppsättningar utrustning för vätgasproduktion och vätrening. Bland dessa har Ally Hi-Tech marknadsfört mer än 300 uppsättningar utrustning för metanolvätgasproduktion, mer än 100 uppsättningar utrustning för naturgasvätgasproduktion och mer än 130 uppsättningar utrustning för stora PSA-projekt, och har genomfört ett antal vätgasproduktionsprojekt med nationella teman.
Ally Hi-Tech har samarbetat med kända företag i hemlandet och utomlands, såsom Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germany, Praxair America, Iwatani Japan, BP med flera. Det är en av världens kompletta leverantörer av utrustningstjänster med det största utbudet inom små och medelstora vätgasproduktionsutrustningar. För närvarande har Ally Hi-Techs vätgasproduktionsutrustning exporterats till 16 länder och regioner, såsom USA, Japan, Sydkorea, Indien, Malaysia, Filippinerna, Pakistan, Myanmar, Thailand och Sydafrika. År 2019 exporterades Ally Hi-Techs tredje generationens integrerade utrustning för naturgasvätgasproduktion till American Plug Power Inc., som designades och tillverkades i full överensstämmelse med amerikanska standarder, vilket skapade ett prejudikat för export av Kinas utrustning för naturgasvätgasproduktion till USA.
Figur 2. Utrustning för integrerad vätgasproduktion och hydrering exporterad av Ally Hi-Tech till USA
Byggnation av den första omgången av integrerad vätgasproduktions- och hydreringsstation.
Med tanke på de praktiska problemen med instabila källor och höga priser på vätgas för energi, har Ally High-Tech åtagit sig att främja tillämpningen av högintegrerad vätgasproduktionsteknik och använda det befintliga mogna metanolförsörjningssystemet, naturgasledningsnätet samt CNG- och LNG-tankstationer för att rekonstruera och utöka den integrerade vätgasproduktions- och tankstationen. I september 2021 togs den första inhemska integrerade naturgasproduktions- och hydreringsstationen för vätgas i drift under Ally Hi-Techs huvudavtal vid Foshan Nanzhuang-hydreringsstationen.
Stationen är konstruerad med en uppsättning produktionsenhet för naturgasreformering med väte på 1000 kg/dag och en uppsättning produktionsenhet för vattenelektrolys med väte på 100 kg/dag, med en extern hydreringskapacitet på 1000 kg/dag. Det är en typisk integrerad hydreringsstation för "väteproduktion + kompression + lagring + fyllning". Den är ledande inom tillämpning av miljövänlig katalysator med bred temperaturförändring och riktad reningsteknik inom industrin, vilket förbättrar väteproduktionens effektivitet med 3 % och effektivt minskar energiförbrukningen för väteproduktion. Stationen har hög integration, liten golvyta och högintegrerad utrustning för väteproduktion.
Vätgasproduktionen i stationen minskar vätgastransportlänkarna och kostnaden för lagring och transport av vätgas, vilket direkt minskar kostnaden för vätgasförbrukning. Stationen har reserverat ett externt gränssnitt som kan fylla långa rörvagnar och fungera som moderstation för att tillhandahålla vätgaskälla för de omgivande hydreringsstationerna, vilket bildar en regional integrerad underordnad hydreringsstation. Dessutom kan denna integrerade vätgasproduktions- och hydreringsstation också rekonstrueras och utökas baserat på det befintliga metanoldistributionssystemet, naturgasledningsnätet och andra anläggningar, samt bensinstationer och CNG- och LNG-tankstationer, vilket är enkelt att marknadsföra och implementera.
Figur 3 Integrerad vätgasproduktions- och hydreringsstation i Nanzhuang, Foshan, Guangdong
Leder aktivt branschinnovation, marknadsföring och tillämpning samt internationella utbyten och samarbeten.
Som ett viktigt högteknologiskt företag inom det nationella Torch-programmet, ett demonstrationsföretag för en ny ekonomi i Sichuanprovinsen och ett specialiserat och särskilt nytt företag i Sichuanprovinsen, leder Ally Hi-Tech aktivt branschinnovation och främjar internationellt utbyte och samarbete. Sedan 2005 har Ally Hi-Tech successivt levererat teknik och utrustning för vätgasproduktion i de stora nationella 863 bränslecellsprojekten - vätgastankstationen i Shanghai Anting, vätgastankstationen vid Beijings olympiska spel och vätgastankstationen vid Shanghai World Expo, och har försett alla vätgasproduktionsprojekt vid Kinas rymduppskjutningscenter med höga standarder.
Som medlem i den nationella standardiseringskommittén för vätgasenergi har Ally Hi-Tech aktivt deltagit i utarbetandet av standardsystem för vätgasenergi i hemlandet och utomlands, lett utarbetandet av en nationell standard för vätgasenergi och deltagit i formuleringen av sju nationella standarder och en internationell standard. Samtidigt har Ally Hi-Tech aktivt främjat internationellt utbyte och samarbete, etablerat Chengchuan Technology Co., Ltd. i Japan, utvecklat en ny generation av vätgasproduktionsteknik, SOFC-kraftvärmeteknik och relaterade produkter, samt genomfört samarbete med företag i USA, Tyskland och Japan inom områdena ny vattenelektrolysteknik för vätgasproduktion och småskalig syntetisk ammoniakteknik. Med 45 patent från Kina, USA och Europeiska unionen är Ally Hi-Tech ett typiskt teknikbaserat och exportinriktat företag.
Policyförslag
Enligt ovanstående analys har Ally Hi-Tech, baserat på innovationen inom vätgasproduktionsteknik, gjort genombrott inom utvecklingen av vätgasproduktionsutrustning, främjandet och tillämpningen av vätgasproduktionsutrustning, byggandet och driften av integrerade vätgasproduktions- och tankstationer, vilket är av stor betydelse för Kinas oberoende tekniska innovation inom vätgasenergi och minskade kostnader för energiförbrukning. För att säkerställa och förbättra vätgasenergiförsörjningen, påskynda byggandet av ett säkert, stabilt och effektivt vätgasenergiförsörjningsnät och bygga ett rent, koldioxidsnålt och kostnadseffektivt diversifierat vätgasproduktionssystem, behöver Kina stärka innovationen och produktutvecklingen inom vätgasproduktionsteknik, bryta igenom begränsningarna i politik och regleringar och uppmuntra ny utrustning och modeller med marknadspotential att prova först. Genom att ytterligare förbättra stödjande politik och optimera den industriella miljön kommer vi att hjälpa Kinas vätgasenergiindustri att utvecklas med hög kvalitet och starkt stödja den gröna energiomvandlingen.
Förbättra vätgasindustrins policysystem.
För närvarande har "strategisk positionering och stödjande policyer för vätgasindustrin" utfärdats, men den specifika utvecklingsriktningen för vätgasindustrin har inte specificerats. För att bryta de institutionella hindren och flaskhalsarna i den industriella utvecklingen behöver Kina stärka policyinnovationen, formulera perfekta normer för hantering av vätgasenergi, förtydliga ledningsprocesserna och ledningsinstitutionerna för beredning, lagring, transport och påfyllning, och genomföra ansvaret för den ansvariga avdelningen för säkerhetsövervakning. Följa modellen för demonstrationsapplikationer som driver industriell utveckling och främja en omfattande diversifierad demonstrationsutveckling av vätgasenergi inom transport, energilagring, distribuerad energi och så vidare.
Bygg ett vätgasenergiförsörjningssystem enligt lokala förhållanden.
Lokala myndigheter bör övergripande beakta vätgasenergiförsörjningskapaciteten, den industriella grunden och marknadsutrymmet i regionen, baserat på fördelarna med befintliga och potentiella resurser, välja lämpliga vätgasproduktionsmetoder i enlighet med lokala förhållanden, genomföra byggandet av garanterad vätgasenergiförsörjningskapacitet, prioritera användningen av industriella biprodukter från väte och fokusera på utvecklingen av vätgasproduktion från förnybar energi. Uppmuntra kvalificerade regioner att samarbeta genom flera kanaler för att bygga ett koldioxidsnålt, säkert, stabilt och ekonomiskt lokalt vätgasenergiförsörjningssystem för att möta efterfrågan från storskaliga vätgaskällor.
Öka den tekniska innovationen inom utrustning för vätgasproduktion.
Fokusera på att främja FoU, tillverkning och industriell tillämpning av nyckelutrustning för vätrening och väteproduktion, och bygga ett högkvalitativt utvecklingstekniksystem för väteenergiutrustningsprodukter genom att förlita sig på fördelaktiga företag i industrikedjan. Stödja ledande företag inom väteproduktion för att ta ledningen, utforma innovationsplattformar såsom industriella innovationscenter, tekniska forskningscenter, tekniska innovationscenter och tillverkningsinnovationscenter, ta itu med viktiga problem med väteproduktionsutrustning, stödja "specialiserade och speciella nya" små och medelstora företag för att delta i forskning och utveckling av gemensamma tekniker för väteproduktionsutrustning, och odla ett antal enskilda mästerföretag med stark oberoende förmåga inom kärnteknik.
Stärka det politiska stödet för integrerad vätgasproduktion och hydreringsstationer.
Planen påpekar att för att utforska nya modeller, såsom vätgasstationer som integrerar vätgasproduktion, lagring och hydrering i stationen, måste vi bryta igenom de politiska begränsningarna för byggandet av integrerade stationer från grunden. Införa den nationella energilagen så snart som möjligt för att fastställa vätgasens energiattribut från den övre nivån. Bryta igenom begränsningarna för byggandet av integrerade stationer, främja integrerade vätgasproduktions- och hydreringsstationer och genomföra pilotdemonstrationer av byggandet och driften av integrerade stationer i ekonomiskt utvecklade områden med rika naturgasresurser. Tillhandahålla ekonomiska subventioner för byggandet och driften av integrerade stationer som uppfyller kraven på prisekonomi och koldioxidutsläppsstandarder, stödja relevanta ledande företag att ansöka om nationella "specialiserade och speciella nya" företag och förbättra de säkerhetstekniska specifikationerna och standarderna för integrerade vätgasproduktions- och hydreringsstationer.
Aktivt genomföra demonstrationer och marknadsföring av nya affärsmodeller.
Uppmuntra affärsmodellinnovation i form av integrerad vätgasproduktion i stationer, heltäckande energiförsörjningsstationer för olja, vätgas och el, och samordnad drift av "vätgas, fordon och stationer". I områden med ett stort antal bränslecellsfordon och högt tryck på vätgasförsörjning kommer vi att utforska integrerade stationer för vätgasproduktion och hydrering från naturgas, och uppmuntra områden med rimliga naturgaspriser och demonstrationsdrift av bränslecellsfordon. I områden med rikliga vind- och vattenkraftresurser och tillämpningsscenarier för vätgasenergi, bygga integrerade vätgasproduktions- och hydreringsstationer med förnybar energi, gradvis utöka demonstrationsskalan, skapa replikerbara och populariserade erfarenheter och påskynda koldioxid- och kostnadsminskningen av energivätgas.
(Författare: forskningsgruppen för framtidens industri vid Beijing Yiwei Zhiyuan Information Consulting Center)
Publiceringstid: 29 sep-2022
