Innovation, popularisering och tillämpning av teknik för produktion av väteenergi -- en fallstudie av Ally Hi-Tech
Originallänk: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 tillsammans en plan på medellång och lång sikt för utveckling av väteenergiindustrin (2021–2035) (nedan kallad planen), som definierade energin attribut för väte och föreslog att väteenergi är en integrerad del av det framtida nationella energisystemet och nyckelriktningen för strategiska nya industrier.Bränslecellsfordon är det ledande området för väteenergitillämpning och genombrottet för industriell utveckling i Kina.
År 2021, drivna av den nationella policyn för demonstration och tillämpning av bränslecellfordon, lanserades de fem tätortsområdena Peking, Tianjin, Hebei, Shanghai, Guangdong, Hebei och Henan successivt, den storskaliga demonstrationen och tillämpningen av 10 000 bränslecellsfordon började kommer att lanseras, och utvecklingen av väteenergiindustrin driven av demonstration och tillämpning av bränslecellsfordon har omsatts i praktiken.
Samtidigt har genombrott också gjorts inom tillämpning och utforskning av väteenergi inom icke-transportområden som stål, kemisk industri och konstruktion.I framtiden kommer diversifierade och multiscenariotillämpningar av väteenergi att ge en stor efterfrågan på väte.Enligt förutsägelsen från China Hydrogen Energy Alliance kommer Kinas efterfrågan på väte år 2030 att nå 35 miljoner ton, och väteenergi kommer att stå för minst 5 % av Kinas terminalenergisystem;År 2050 kommer efterfrågan på vätgas att vara nära 60 miljoner ton, väteenergi står för mer än 10 % av Kinas terminalenergisystem och det årliga produktionsvärdet för industrikedjan kommer att nå 12 biljoner yuan.
Ur industriell utvecklingsperspektiv är Kinas väteenergiindustri fortfarande i det tidiga utvecklingsstadiet.I processen med vätgasanvändning, demonstration och marknadsföring har det otillräckliga utbudet och de höga kostnaderna för väte för energi alltid varit ett svårt problem som begränsar utvecklingen av Kinas väteenergiindustri.Som kärnan i vätgasförsörjningen är problemen med höga priser fritt fabrik och höga lagrings- och transportkostnader för fordonsväte fortfarande framträdande.
Därför behöver Kina snarast påskynda innovationen, populariseringen och tillämpningen av lågkostnadsteknik för väteproduktion, förbättra ekonomin för demonstrationsapplikationer genom att minska kostnaderna för väteenergiförsörjning, stödja storskalig demonstrationstillämpning av bränslecellsfordon och sedan driva utvecklingen av hela väteenergiindustrin.
Det höga priset på väte är ett framträdande problem i utvecklingen av Kinas väteenergiindustri
Kina är ett stort land som producerar väte.Vätgasproduktionen distribueras inom petrokemisk industri, kemisk industri, koksindustri och andra industrier.Det mesta av det väte som produceras används som mellanprodukter för petroleumraffinering, syntetisk ammoniak, metanol och andra kemiska produkter.Enligt statistiken från China Hydrogen Energy Alliance är den nuvarande väteproduktionen i Kina cirka 33 miljoner ton, främst från kol, naturgas och annan fossil energi och industriell gasrening av biprodukter.Bland dem är produktionen av väteproduktion från kol 21,34 miljoner ton, vilket motsvarar 63,5%.Följt av industriell biprodukt väte- och naturgasväteproduktion, med en produktion på 7,08 miljoner ton respektive 4,6 miljoner ton.Väteproduktionen genom vattenelektrolys är relativt liten, cirka 500 000 ton.
Även om den industriella väteproduktionsprocessen är mogen, den industriella kedjan är komplett och förvärvet är relativt bekvämt, står försörjningen av energiväte fortfarande inför stora utmaningar.De högre råvarukostnaderna och transportkostnaderna för väteproduktion leder till det högre terminalpriset på väte.För att förverkliga storskalig popularisering och tillämpning av väteenergiteknik är nyckeln att bryta igenom flaskhalsen med höga väteanskaffningskostnader och transportkostnader.Bland de befintliga väteproduktionsmetoderna är kostnaden för kolväteproduktion låg, men koldioxidutsläppen är hög.Energiförbrukningskostnaden för väteproduktion genom vattenelektrolys i stora industrier är hög.
Även med låg el är produktionskostnaden för väte mer än 20 yuan / kg.Den låga kostnaden och låga koldioxidutsläppsnivån för väteproduktion från kraftnedläggning av förnybar energi är en viktig riktning för att erhålla väte i framtiden.För närvarande är tekniken gradvis mogen, men förvärvsplatsen är relativt avlägsen, transportkostnaden är mycket hög och det finns inget marknadsförings- och tillämpningsscenario.Ur vätekostnadens sammansättning är 30 ~ 45% av priset på energiväte kostnaden för vätetransport och fyllning.Den befintliga vätetransporttekniken baserad på högtrycksgasväte har mindre transportvolym för enstaka fordon, dåligt ekonomiskt värde för långdistanstransporter, och teknikerna för lagring och transport i fast tillstånd och flytande väte är inte mogna.Outsourcing av gasväte i vätgastankstation är fortfarande huvudvägen.
I den nuvarande hanteringsspecifikationen är väte fortfarande listad som hantering av farliga kemikalier.Storskalig industriell väteproduktion måste komma in i den kemiska industriparken.Storskalig väteproduktion matchar inte efterfrågan på vätgas för decentraliserade fordon, vilket resulterar i höga vätgaspriser.En högintegrerad teknik för vätgasproduktion och tankning behövs akut för att nå ett genombrott.Prisnivån på naturgasproduktion av väte är rimlig, vilket kan realisera storskalig och stabil tillgång.Därför, i områden med relativt rikligt med naturgas, är den integrerade vätgasproduktions- och tankstationen baserad på naturgas ett genomförbart alternativ för vätgasförsörjning och en realistisk väg för att främja vätgastankstationen för att minska kostnaderna och lösa det svåra problemet med tankning i vissa områden.För närvarande finns det cirka 237 glidmonterade integrerade vätgasproduktionsstationer i världen, vilka 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 väteproduktion och tankstation i stationen.När det gäller den inhemska situationen har Foshan, Weifang, Datong, Zhangjiakou och andra platser börjat utforska pilotkonstruktionen och driften av integrerade väteproduktions- och tankstationer.Det kan förutsägas att efter genombrottet för vätgashantering och väteproduktionspolicyer och regleringar, kommer den integrerade vätgasproduktions- och tankstationen att vara det realistiska valet för kommersiell drift av vätgastankstationen.
Erfarenhet av innovation, popularisering och tillämpning av väteproduktionsteknik från Ally Hi-Tech
Som ett ledande företag inom området för väteproduktion i Kina har Ally Hi-Tech fokuserat på forskning och utveckling av nya energilösningar och avancerad väteproduktionsteknik sedan dess etablering i mer än 20 år.Inom områdena småskalig naturgasväteproduktionsteknik, katalytisk oxidationsmetanolväteproduktionsteknik, högtemperaturvattenelektrolysväteproduktionsteknik, ammoniaknedbrytningsväteproduktionsteknik, småskalig syntetisk ammoniakteknik, stor monomermetanolomvandlare, integrerad väteproduktion och hydreringssystem, riktningsreningsteknik för fordonsväte, har många genombrott gjorts inom spjutspetstekniska områden som nämnts ovan.
Fortsätta att främja teknisk innovation inom väteproduktion.
Ally Hi-Tech tar alltid väteproduktion som kärnan i sin verksamhet och fortsätter att utföra teknisk innovation inom väteproduktion såsom metanolomvandling, naturgasreformering och PSA-riktad rening av väte.Bland dem har en enda uppsättning väteproduktionsutrustning för metanolkonvertering som är oberoende utvecklad och designad av företaget en väteproduktionskapacitet på 20 000 Nm ³/h.Det maximala trycket når 3.3Mpa, når den internationella avancerade nivån, med fördelarna med låg energiförbrukning, säkerhet och tillförlitlighet, enkel process, obevakad och så vidare;Företaget har gjort ett genombrott inom vätgasproduktionstekniken för reformering av naturgas (SMR-metoden).
Värmeväxlingsreformeringstekniken antas, och väteproduktionskapaciteten för en enda uppsättning utrustning är upp till 30000Nm ³/h.Det maximala trycket kan nå 3,0 MPa, investeringskostnaden minskar kraftigt och energiförbrukningen för naturgas minskar med 33%;När det gäller trycksvängadsorption (PSA) väteriktningsreningsteknik har företaget utvecklat en mängd olika kompletta uppsättningar av vätereningstekniker, och väteproduktionskapaciteten för en enda uppsättning utrustning är 100 000 Nm ³/h.Det maximala trycket är 5,0 MPa.Den har egenskaperna för hög grad av automatisering, enkel drift, bra miljö och lång livslängd.Det har använts i stor utsträckning inom området industriell gasseparering.
Figur 1: H2 produktionsutrustningsuppsättning av Ally Hi-Tech
Uppmärksamhet ägnas åt utveckling och marknadsföring av produkter i väteenergiserien.
När Ally Hi-Tech genomför teknologiinnovation och produktutveckling för väteproduktion, uppmärksammar Ally Hi-Tech att utöka produktutvecklingen inom området nedströms vätebränsleceller, främjar aktivt FoU och tillämpning av katalysatorer, adsorbenter, styrventiler, modulära små väteceller produktionsutrustning och långlivad bränslecell strömförsörjningssystem, och främjar kraftfullt teknik och utrustning för integrerad väteproduktion och hydreringsstation.När det gäller produktmarknadsföring är den professionella kvalifikationen för Ally Hi-Tech ingenjörsdesign omfattande.Det är engagerat i att tillhandahålla produkter och tjänster för vätgaslösningar för en enda enhet, och produktmarknadsapplikationen främjas snabbt.
Genombrott har gjorts i tillämpningen av utrustning för väteproduktion.
För närvarande har mer än 620 uppsättningar utrustning för vätgasproduktion och vättrening byggts av Ally Hi-Tech.Bland dem har Ally Hi-Tech marknadsfört mer än 300 uppsättningar utrustning för metanolväteproduktion, mer än 100 uppsättningar utrustning för produktion av naturgasväte och mer än 130 uppsättningar stor PSA-projektutrustning, och har genomfört ett antal väteproduktionsprojekt av nationella ämnen.
Ally Hi-Tech har samarbetat med kända företag hemma och utomlands, såsom Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germany, Praxair America, Iwatani Japan, BP och så vidare.Det är en av de kompletta leverantörerna av utrustningstjänster med det största utbudet inom området för små och medelstora vätgasproduktionsutrustningar i världen.För närvarande har Ally Hi-Tech väteproduktionsutrustningen exporterats till 16 länder och regioner som USA, Japan, Sydkorea, Indien, Malaysia, Filippinerna, Pakistan, Myanmar, Thailand och Sydafrika.Under 2019 exporterades den tredje generationens integrerade utrustning för produktion av naturgasväte från Ally Hi-Tech till American Plug Power Inc., som designades och tillverkades i full överensstämmelse med amerikanska standarder, vilket skapade ett prejudikat för Kinas utrustning för produktion av naturgasväte. exporteras till USA.
Figur 2. Vätgasproduktion och hydrering integrerad utrustning som exporteras av Ally Hi-Tech till USA
Konstruktion av första omgången av väteproduktion och hydrering integrerad station.
Med tanke på de praktiska problemen med instabila källor och höga priser på väte för energi, har Ally High-Tech åtagit sig att främja tillämpningen av högintegrerad teknik för väteproduktion och att använda det befintliga mogna metanolförsörjningssystemet, naturgasledningsnätet, CNG och LNG-tankstationer för att rekonstruera och utöka den integrerade vätgasproduktions- och tankstationen.I september 2021 togs den första inhemska integrerade väteproduktions- och hydreringsstationen för naturgas under Ally Hi-Techs allmänna kontrakt i drift vid Foshan gas Nanzhuang hydreringsstation.
Stationen är designad med en uppsättning av 1000 kg/dag naturgasreformerande väteproduktionsenhet och en uppsättning av 100kg/dag vattenelektrolysväteproduktionsenhet, med en extern hydreringskapacitet på 1000kg/dag.Det är en typisk "väteproduktion + kompression + lagring + fyllning" integrerad hydreringsstation.Det tar ledningen när det gäller att tillämpa miljövänlig katalysator för breda temperaturförändringar och riktad samreningsteknik i branschen, vilket förbättrar väteproduktionseffektiviteten med 3 % och effektivt minskar energiförbrukningen vid väteproduktion.Stationen har hög integration, liten golvyta och högintegrerad vätgasproduktionsutrustning.
Vätgasproduktionen i stationen minskar vätgastransportlänkarna och kostnaderna för vätgaslagring och -transport, vilket direkt minskar kostnaderna för väteförbrukningen.Stationen har reserverat ett externt gränssnitt, som kan fylla långa rörsläp och fungera som moderstation för att tillhandahålla vätgaskälla för de omgivande hydreringsstationerna, vilket bildar en regional hydreringsundermoderintegrerad station.Dessutom kan denna integrerade väteproduktions- och hydreringsstation också rekonstrueras och utökas baserat på det befintliga metanoldistributionssystemet, naturgasledningsnätet och andra anläggningar, såväl som bensinstationer och CNG- och LNG-tankstationer, vilket är lätt att marknadsföra och genomföra.
Figur 3 Integrerad väteproduktions- och hydreringsstation i Nanzhuang, Foshan, Guangdong
Leder aktivt industriinnovation, marknadsföring och tillämpning och internationellt utbyte och samarbete.
Som ett viktigt högteknologiskt företag i det nationella Torch-programmet, ett demonstrationsföretag för ny ekonomi i Sichuan-provinsen och ett specialiserat och speciellt nytt företag i Sichuan-provinsen, leder Ally Hi-Tech aktivt industriinnovation och främjar internationellt utbyte och samarbete.Sedan 2005 har Ally Hi-Tech successivt tillhandahållit teknik och utrustning för väteproduktion i de stora nationella 863 bränslecellsprojekten - Shanghai Anting vätgastankstation, Beijing Olympic vätgastankstation och Shanghai World Expo vätgastankstation, och tillhandahållit alla projekt för vätgasproduktionsstationer av Kinas rymduppskjutningscenter med hög standard.
Som medlem i den nationella standardiseringskommittén för väteenergi har Ally Hi-Tech aktivt deltagit i konstruktionen av standardsystem för väteenergi hemma och utomlands, lett utarbetandet av en nationell väteenergistandard och deltagit i utformningen 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 väteproduktionsteknik, SOFC-kraftvärmeteknik och relaterade produkter samt genomfört samarbete med företag i USA, Tyskland och Japan inom områdena ny vattenelektrolysteknik för väteproduktion och småskalig syntetisk ammoniakteknik.Med 45 patent från Kina, USA och EU är Ally Hi-Tech ett typiskt teknikbaserat och exportorienterat företag.
Policyförslag
Enligt ovanstående analys, baserat på innovationen av väteproduktionsteknik, har Ally Hi-Tech gjort genombrott i utvecklingen av väteproduktionsutrustning, främjande och tillämpning av väteproduktionsutrustning, konstruktion och drift av integrerad väteproduktion och tankstation , vilket är av stor betydelse för Kinas oberoende tekniska innovation av väteenergi och minska kostnaderna för energiförbrukning av väte.För att säkerställa och förbättra väteenergiförsörjningen, påskynda byggandet av ett säkert, stabilt och effektivt väteenergiförsörjningsnätverk och bygga ett rent, koldioxidsnålt och lågkostnadsdiversifierat väteproduktionssystem, måste Kina stärka väteproduktionsteknologisk innovation och produktutveckling, bryta igenom begränsningarna i policyer och förordningar, och uppmuntra ny utrustning och modeller med marknadspotential att prova först.Genom att ytterligare förbättra stödjande policyer och optimera den industriella miljön kommer vi att hjälpa Kinas väteenergiindustri att utvecklas med hög kvalitet och starkt stödja den gröna omvandlingen av energi.
Förbättra det politiska systemet för väteenergiindustrin.
För närvarande har "strategisk positionering och stödjande politik för väteenergiindustrin" utfärdats, men den specifika utvecklingsriktningen för väteenergiindustrin har inte specificerats.För att bryta de institutionella hindren och politiska flaskhalsarna för industriell utveckling måste Kina stärka politisk innovation, formulera perfekta normer för väteenergihantering, förtydliga ledningsprocesserna och förvaltningsinstitutionerna för förberedelse, lagring, transport och fyllning, och implementera ansvaret för ansvarig avdelning för säkerhetstillsyn.Följ modellen för demonstrationsapplikationer som driver industriell utveckling och främja på ett omfattande sätt den diversifierade demonstrationsutvecklingen av väteenergi inom transport, energilagring, distribuerad energi och så vidare.
Bygg ett energiförsörjningssystem för vätgas enligt lokala förhållanden.
Lokala myndigheter bör heltäckande överväga väteenergiförsörjningskapaciteten, industriell grund och marknadsutrymme i regionen, baserat på fördelarna med befintliga och potentiella resurser, välja lämpliga metoder för väteproduktion enligt lokala förhållanden, genomföra byggandet av väteenergiförsörjningsgarantikapacitet , prioritera användningen av industriell biprodukt väte, och fokusera på utvecklingen av väteproduktion från förnybar energi.Uppmuntra kvalificerade regioner att samarbeta genom flera kanaler för att bygga ett koldioxidsnålt, säkert, stabilt och ekonomiskt lokalt energiförsörjningssystem för väte för att möta utbudsefterfrågan från storskaliga vätekällor.
Öka den tekniska innovationen av utrustning för väteproduktion.
Fokusera på att främja FoU, tillverkning och industriell tillämpning av nyckelutrustning för vätgasrening och väteproduktion, och bygg ett högkvalitativt utvecklingsteknologisystem för väteenergiutrustningsprodukter genom att förlita sig på fördelaktiga företag i industrikedjan.Stödja ledande företag inom området för väteproduktion att ta ledningen, lägga upp innovationsplattformar som industriellt innovationscenter, tekniskt forskningscenter, tekniskt innovationscenter och tillverkningsinnovationscenter, ta itu med nyckelproblem med väteproduktionsutrustning, stödja "specialiserade och speciella nya "Små och medelstora företag att delta i forskning och utveckling av gemensamma tekniker för väteproduktionsutrustning, och odla ett antal enda mästare företag med stark oberoende förmåga kärnteknologi.
Stärka det politiska stödet för integrerade väteproduktions- och hydreringsstationer.
Planen påpekar att för att utforska nya modeller som vätgasstationer som integrerar väteproduktion, lagring och hydrering i stationen, måste vi bryta igenom policybegränsningarna för att bygga integrerade stationer från roten.Inför den nationella energilagen så snart som möjligt för att bestämma energiattributet för väte från den övre nivån.Bryt igenom restriktionerna för byggandet av integrerade stationer, främja integrerade vätgasproduktions- och hydreringsstationer och genomför pilotdemonstrationer av konstruktion och drift av integrerade stationer i ekonomiskt utvecklade områden med rika naturgasresurser.Tillhandahålla ekonomiska subventioner för konstruktion och drift av integrerade stationer som uppfyller kraven för prisekonomi och koldioxidutsläppsstandarder, stödja relevanta ledande företag att ansöka om nationella "specialiserade och speciella nya" företag och förbättra säkerhetstekniska specifikationer och standarder för integrerat väte produktions- och hydreringsstationer.
Aktivt genomföra demonstration och marknadsföring av nya affärsmodeller.
Uppmuntra affärsmodellinnovation i form av integrerad väteproduktion i stationer, omfattande energiförsörjningsstationer för olja, vätgas och el samt samordnad drift av "väte, fordon och stationer".I områden med ett stort antal bränslecellsfordon och högt tryck på vätgasförsörjningen 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 vattenkraftsresurser och scenarier för tillämpning av väteenergi, bygg integrerade väteproduktions- och hydreringsstationer med förnybar energi, utöka gradvis demonstrationsskalan, forma replikerbara och populariserade erfarenheter och påskynda koldioxid- och kostnadsminskningen av energiväte.
(Författare: framtida industriforskningsteam vid Beijing Yiwei Zhiyuan Information Consulting Center)
Posttid: 2022-09-29
