Inovacija, popularizacija i primjena tehnologije proizvodnje energije iz vodonika -- studija slučaja Ally Hi-Tech
Originalni link:https://mp.weixin.qq.com/s/--dP1UU_LS4zg3ELdHr-Sw
Napomena urednika: Ovaj članak je prvobitno objavljen na službenom WeChat nalogu: China Thinktank
Dana 23. marta, Nacionalna komisija za razvoj i reforme i Nacionalna uprava za energetiku Kine zajednički su objavile srednjoročni i dugoročni plan za razvoj industrije vodonične energije (2021-2035) (u daljem tekstu: plan), koji je definisao energetski atribut vodonika i predložio da je vodonična energija sastavni dio budućeg nacionalnog energetskog sistema i ključni pravac strateških novih industrija. Vozila na gorivne ćelije su vodeće područje primjene vodonične energije i proboj industrijskog razvoja u Kini.
U 2021. godini, vođena nacionalnom politikom demonstracije i primjene vozila na gorivne ćelije, pet urbanih aglomeracija: Peking, Tianjin, Hebei, Šangaj, Guangdong, Hebei i Henan su sukcesivno pokrenute, započela je demonstracija i primjena 10.000 vozila na gorivne ćelije velikih razmjera, te je u praksi proveden razvoj industrije energije vodika vođen demonstracijom i primjenom vozila na gorivne ćelije.
Istovremeno, postignuti su i prodori u primjeni i istraživanju energije vodonika u oblastima koje nisu u transportu, kao što su čelična, hemijska industrija i građevinarstvo. U budućnosti, diverzifikovana i višescenarna primjena energije vodonika donijet će veliku potražnju za vodonikom. Prema predviđanjima Kineskog saveza za energiju vodonika, do 2030. godine potražnja za vodonikom u Kini dostići će 35 miliona tona, a energija vodonika će činiti najmanje 5% kineskog terminalnog energetskog sistema; do 2050. godine potražnja za vodonikom će biti blizu 60 miliona tona, energija vodonika će činiti više od 10% kineskog terminalnog energetskog sistema, a godišnja vrijednost proizvodnje industrijskog lanca dostići će 12 triliona juana.
Iz perspektive industrijskog razvoja, kineska industrija vodonične energije je još uvijek u ranoj fazi razvoja. U procesu primjene, demonstracije i promocije vodonične energije, nedovoljna ponuda i visoka cijena vodonika za energiju oduvijek su predstavljali težak problem koji je ograničavao razvoj kineske industrije vodonične energije. Kao ključna karika u snabdijevanju vodonikom, problemi visoke cijene vodonika u fabrikama i visokih troškova skladištenja i transporta za vozila su i dalje izraženi.
Stoga, Kina hitno treba ubrzati inovacije, popularizaciju i primjenu jeftine tehnologije proizvodnje vodika, poboljšati ekonomiju demonstracijske primjene smanjenjem troškova opskrbe energijom iz vodika, podržati demonstracijsku primjenu vozila na gorivne ćelije velikih razmjera, a zatim potaknuti razvoj cijele industrije energije iz vodika.
Visoka cijena vodika je istaknuti problem u razvoju kineske industrije vodikove energije
Kina je velika zemlja koja proizvodi vodik. Proizvodnja vodika distribuirana je u petrohemijskoj, hemijskoj, koksnoj i drugim industrijama. Većina proizvedenog vodika koristi se kao međuproizvod za rafiniranje nafte, sintetički amonijak, metanol i druge hemijske proizvode. Prema statistikama Kineskog saveza za energiju vodika, trenutna proizvodnja vodika u Kini iznosi oko 33 miliona tona, uglavnom iz uglja, prirodnog plina i drugih fosilnih goriva te prečišćavanja industrijskih plinova kao nusproizvoda. Među njima, proizvodnja vodika iz uglja iznosi 21,34 miliona tona, što čini 63,5%. Slijede industrijski nusproizvod vodika i proizvodnja vodika iz prirodnog plina, sa proizvodnjom od 7,08 miliona tona, odnosno 4,6 miliona tona. Proizvodnja vodika elektrolizom vode je relativno mala, oko 500.000 tona.
Iako je industrijski proces proizvodnje vodika zreo, industrijski lanac završen i nabavka relativno jednostavna, snabdijevanje energijom vodika se i dalje suočava s velikim izazovima. Viši troškovi sirovina i troškovi transporta za proizvodnju vodika dovode do više terminalne cijene snabdijevanja vodikom. Da bi se ostvarila popularizacija i primjena tehnologije proizvodnje energije iz vodika u velikim razmjerima, ključno je prevazići usko grlo visokih troškova nabavke vodika i troškova transporta. Među postojećim metodama proizvodnje vodika, troškovi proizvodnje vodika iz uglja su niski, ali je nivo emisije ugljika visok. Troškovi potrošnje energije za proizvodnju vodika elektrolizom vode u velikim industrijama su visoki.
Čak i uz nisku potrošnju električne energije, trošak proizvodnje vodika iznosi više od 20 juana/kg. Niska cijena i nizak nivo emisije ugljika u proizvodnji vodika iz obnovljivih izvora energije važan su smjer za dobijanje vodika u budućnosti. Trenutno se tehnologija postepeno razvija, ali lokacija za nabavku je relativno udaljena, troškovi transporta su vrlo visoki i ne postoji scenario za promociju i primjenu. Sa stanovišta strukture troškova vodika, 30 ~ 45% cijene energije koju koristi vodik čine troškovi transporta i punjenja vodikom. Postojeća tehnologija transporta vodika zasnovana na plinovitom vodiku pod visokim pritiskom ima manji obim transporta jednim vozilom, nisku ekonomsku vrijednost transporta na velike udaljenosti, a tehnologije skladištenja i transporta u čvrstom stanju i tečnog vodika nisu zrele. Outsourcing plinovitog vodika u stanicama za punjenje vodikom i dalje je glavni način.
U trenutnoj specifikaciji upravljanja, vodonik je i dalje naveden kao upravljanje opasnim hemikalijama. Industrijska proizvodnja vodonika velikih razmjera mora ući u park hemijske industrije. Proizvodnja vodonika velikih razmjera ne odgovara potražnji za vodonikom za decentralizovana vozila, što rezultira visokim cijenama vodonika. Visoko integrisana tehnologija proizvodnje vodonika i punjenja gorivom je hitno potrebna kako bi se postigao proboj. Nivo cijena proizvodnje vodonika iz prirodnog gasa je razuman, što može ostvariti veliku i stabilnu opskrbu. Stoga, u područjima sa relativno obilnim prirodnim gasom, integrisana stanica za proizvodnju vodonika i punjenje gorivom na bazi prirodnog gasa je izvodljiva opcija za snabdijevanje vodonikom i realan put za promociju stanica za punjenje vodonikom kako bi se smanjili troškovi i riješio težak problem punjenja gorivom u nekim područjima. Trenutno u svijetu postoji oko 237 integrisanih stanica za proizvodnju vodonika montiranih na kliznim platformama, što čini oko 1/3 ukupnog broja stranih stanica za punjenje vodonikom. Među njima, Japan, Evropa, Sjeverna Amerika i druge regije široko usvajaju način rada integrisane stanice za proizvodnju vodonika i punjenje gorivom u stanici. Što se tiče domaće situacije, Foshan, Weifang, Datong, Zhangjiakou i druga mjesta su započela istraživanje pilot projekata izgradnje i rada integrisanih stanica za proizvodnju i punjenje vodonika. Može se predvidjeti da će nakon napretka u politikama i propisima o upravljanju vodonikom i proizvodnji vodonika, integrisane stanice za proizvodnju i punjenje vodonika biti realan izbor za komercijalni rad stanice za punjenje vodonikom.
Iskustvo u inovacijama, popularizaciji i primjeni tehnologije proizvodnje vodika kompanije Ally Hi-Tech
Kao vodeće preduzeće u oblasti proizvodnje vodonika u Kini, Ally Hi-Tech se od svog osnivanja, više od 20 godina, fokusira na istraživanje i razvoj novih energetskih rješenja i naprednih tehnologija proizvodnje vodonika. U oblastima tehnologije proizvodnje vodonika iz prirodnog gasa u malom obimu, tehnologije proizvodnje vodonika katalitičkom oksidacijom metanola, tehnologije proizvodnje vodonika elektrolizom vode na visokim temperaturama, tehnologije proizvodnje vodonika razgradnjom amonijaka, tehnologije sintetičkog amonijaka u malom obimu, konvertora metanola velikih monomera, integrisanog sistema za proizvodnju i hidrogenaciju vodonika, tehnologije usmjerenog prečišćavanja vodonika u vozilima, postignuti su mnogi prodori u najsavremenijim tehničkim oblastima kao što su gore navedene.
Nastaviti promovisati tehnološke inovacije u proizvodnji vodonika.
Ally Hi-Tech uvijek smatra proizvodnju vodika srž svog poslovanja i nastavlja provoditi tehnološke inovacije u proizvodnji vodika, kao što su konverzija metanola, reformiranje prirodnog plina i usmjereno prečišćavanje vodika PSA metodom. Među njima, jedan set opreme za proizvodnju vodika konverzijom metanola, koju je kompanija nezavisno razvila i dizajnirala, ima kapacitet proizvodnje vodika od 20000 Nm³/h. Maksimalni pritisak dostiže 3,3 MPa, dostižući međunarodni napredni nivo, s prednostima niske potrošnje energije, sigurnosti i pouzdanosti, jednostavnog procesa, bez nadzora itd.; Kompanija je napravila proboj u tehnologiji proizvodnje vodika reformiranjem prirodnog plina (SMR metoda).
Usvojena je tehnologija reformiranja izmjene toplote, a kapacitet proizvodnje vodonika jednog seta opreme je do 30000 Nm³/h. Maksimalni pritisak može doseći 3,0 MPa, investicioni troškovi su znatno smanjeni, a potrošnja energije prirodnog gasa je smanjena za 33%. U smislu tehnologije usmjerenog prečišćavanja vodonika adsorpcijom pod pritiskom (PSA), kompanija je razvila niz kompletnih setova tehnologija za prečišćavanje vodonika, a kapacitet proizvodnje vodonika jednog seta opreme je 100000 Nm³/h. Maksimalni pritisak je 5,0 MPa. Karakteristike su visok stepen automatizacije, jednostavno rukovanje, dobro okruženje i dug vijek trajanja. Široko se koristi u oblasti industrijske separacije gasova.
Slika 1: Oprema za proizvodnju H2 koju je proizveo Ally Hi-Tech
Pažnja posvećena razvoju i promociji proizvoda serije vodonične energije.
Dok provodi inovacije u tehnologiji proizvodnje vodika i razvoj proizvoda, Ally Hi-Tech posvećuje pažnju proširenju razvoja proizvoda u oblasti nizvodnih vodikovih gorivnih ćelija, aktivno promovira istraživanje i razvoj i primjenu katalizatora, adsorbenata, kontrolnih ventila, modularne male opreme za proizvodnju vodika i dugotrajnih sistema napajanja gorivnim ćelijama, te snažno promovira tehnologiju i opremu integrirane stanice za proizvodnju vodika i hidrogenaciju. Što se tiče promocije proizvoda, profesionalna kvalifikacija Ally Hi-Tech inženjerskog dizajna je sveobuhvatna. Posvećena je pružanju proizvoda i usluga za energiju vodika na jednom mjestu, a primjena proizvoda na tržištu se brzo promovira.
Došlo je do prodora u primjeni opreme za proizvodnju vodika.
Trenutno je Ally Hi-Tech proizveo više od 620 kompleta opreme za proizvodnju i prečišćavanje vodonika. Među njima, Ally Hi-Tech je promovisao više od 300 kompleta opreme za proizvodnju vodonika iz metanola, više od 100 kompleta opreme za proizvodnju vodonika iz prirodnog gasa i više od 130 kompleta opreme za velike PSA projekte, te je preduzeo niz projekata proizvodnje vodonika od nacionalne važnosti.
Ally Hi-Tech je sarađivao sa poznatim kompanijama u zemlji i inostranstvu, kao što su Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germany, Praxair America, Iwatani Japan, BP i tako dalje. To je jedan od najkompletnijih dobavljača opreme sa najvećom ponudom u oblasti male i srednje opreme za proizvodnju vodonika u svijetu. Trenutno je Ally Hi-Tech oprema za proizvodnju vodonika izvezena u 16 zemalja i regija kao što su Sjedinjene Američke Države, Japan, Južna Koreja, Indija, Malezija, Filipini, Pakistan, Mjanmar, Tajland i Južna Afrika. U 2019. godini, integrisana oprema za proizvodnju vodonika iz prirodnog gasa treće generacije kompanije Ally Hi-Tech izvezena je kompaniji American Plug Power Inc., koja je dizajnirana i proizvedena u potpunosti u skladu sa američkim standardima, stvarajući presedan za izvoz kineske opreme za proizvodnju vodonika iz prirodnog gasa u Sjedinjene Američke Države.
Slika 2. Oprema za integraciju u proizvodnju vodika i hidrogenaciju koju je Ally Hi-Tech izvezao u Sjedinjene Američke Države
Izgradnja prve serije integrirane stanice za proizvodnju vodika i hidrogenaciju.
S obzirom na praktične probleme nestabilnih izvora i visokih cijena vodika za energiju, Ally High-Tech je posvećen promovisanju primjene visoko integrirane tehnologije proizvodnje vodika i korištenju postojećeg zrelog sistema snabdijevanja metanolom, mreže plinovoda za prirodni plin, CNG i LNG stanica za punjenje kako bi se rekonstruirala i proširila integrirana stanica za proizvodnju i punjenje vodika. U septembru 2021. godine, prva domaća integrirana stanica za proizvodnju i hidrogenaciju vodika iz prirodnog plina, u okviru općeg ugovora Ally Hi-Tech, puštena je u rad u hidrogenacijskoj stanici Foshan Nanzhuang.
Stanica je projektovana sa jednim setom jedinice za proizvodnju vodonika reformiranjem prirodnog gasa kapaciteta 1000 kg/dan i jednim setom jedinice za proizvodnju vodonika elektrolizom vode kapaciteta 100 kg/dan, sa eksternim kapacitetom hidrogenacije od 1000 kg/dan. To je tipična integrisana hidrogenacijska stanica tipa "proizvodnja vodonika + kompresija + skladištenje + punjenje". Predstavlja vodeću poziciju u primjeni ekološki prihvatljive tehnologije katalizatora sa širokim rasponom temperaturnih promjena i usmjerenog ko-prečišćavanja u industriji, što poboljšava efikasnost proizvodnje vodonika za 3% i efikasno smanjuje potrošnju energije za proizvodnju vodonika. Stanica ima visoku integraciju, malu površinu i visoko integrisanu opremu za proizvodnju vodonika.
Proizvodnja vodika u stanici smanjuje veze za transport vodika i troškove skladištenja i transporta vodika, što direktno smanjuje troškove potrošnje vodika. Stanica je rezervirala vanjski interfejs koji može puniti dugačke prikolice s cijevima i služiti kao matična stanica za obezbjeđivanje izvora vodika za okolne stanice za hidrogenaciju, formirajući regionalnu pod-materinsku integriranu stanicu za hidrogenaciju. Osim toga, ova integrirana stanica za proizvodnju i hidrogenaciju vodika može se rekonstruirati i proširiti na osnovu postojećeg sistema za distribuciju metanola, mreže plinovoda za prirodni plin i drugih objekata, kao i benzinskih stanica i stanica za punjenje CNG i LNG-om, što je lako promovirati i implementirati.
Slika 3 Integrisana stanica za proizvodnju i hidrogenaciju vodonika u Nanzhuangu, Foshan, Guangdong
Aktivno vodi inovacije u industriji, promociju i primjenu te međunarodnu razmjenu i saradnju.
Kao ključno visokotehnološko preduzeće nacionalnog programa Torch, demonstracijsko preduzeće nove ekonomije u provinciji Sečuan i specijalizovano i posebno novo preduzeće u provinciji Sečuan, Ally Hi-Tech aktivno predvodi inovacije u industriji i promoviše međunarodnu razmjenu i saradnju. Od 2005. godine, Ally Hi-Tech je sukcesivno obezbijedio tehnologiju i opremu za proizvodnju vodonika u glavnim nacionalnim projektima gorivnih ćelija 863 - stanici za punjenje vodonika u Šangaju Anting, stanici za punjenje vodonika na Olimpijskim igrama u Pekingu i stanici za punjenje vodonika na Svjetskoj izložbi u Šangaju, te je obezbijedio sve projekte stanica za proizvodnju vodonika u kineskom centru za lansiranje svemira po visokim standardima.
Kao član Nacionalnog komiteta za standardizaciju energije vodonika, Ally Hi-Tech je aktivno učestvovao u izgradnji sistema standarda za energiju vodonika u zemlji i inostranstvu, vodio je izradu jednog nacionalnog standarda za energiju vodonika i učestvovao u formulisanju sedam nacionalnih standarda i jednog međunarodnog standarda. Istovremeno, Ally Hi-Tech je aktivno promovisao međunarodnu razmjenu i saradnju, osnovao Chengchuan Technology Co., Ltd. u Japanu, razvio novu generaciju tehnologije proizvodnje vodonika, SOFC tehnologiju kogeneracije i srodne proizvode, te ostvario saradnju sa kompanijama u Sjedinjenim Američkim Državama, Njemačkoj i Japanu u oblastima nove tehnologije proizvodnje vodonika elektrolizom vode i tehnologije sintetičkog amonijaka malog obima. Sa 45 patenata iz Kine, Sjedinjenih Američkih Država i Evropske unije, Ally Hi-Tech je tipično tehnološki zasnovano i izvozno orijentisano preduzeće.
Prijedlog pravila
Prema gore navedenoj analizi, zasnovanoj na inovacijama tehnologije proizvodnje vodonika, Ally Hi-Tech je ostvario napredak u razvoju opreme za proizvodnju vodonika, promociji i primjeni opreme za proizvodnju vodonika, izgradnji i radu integrisane stanice za proizvodnju i punjenje vodonika, što je od velikog značaja za nezavisne tehnološke inovacije Kine u oblasti vodonične energije i smanjenje troškova potrošnje vodonika. Kako bi se osigurala i poboljšala opskrba vodoničnom energijom, ubrzala izgradnja sigurne, stabilne i efikasne mreže za opskrbu vodoničnom energijom i izgradio čist, niskougljični i jeftin diverzifikovani sistem proizvodnje vodonika, Kina treba da ojača inovacije u tehnologiji proizvodnje vodonika i razvoj proizvoda, da probije ograničenja politika i propisa i da podstakne isprobavanje nove opreme i modela sa tržišnim potencijalom. Daljnjim poboljšanjem pratećih politika i optimizacijom industrijskog okruženja, pomoći ćemo kineskoj industriji vodonične energije da se razvija sa visokim kvalitetom i snažno podržati zelenu transformaciju energije.
Poboljšati sistem politika industrije energije iz vodonika.
Trenutno su izdate "strateške politike pozicioniranja i podrške industriji vodikove energije", ali konkretan smjer razvoja industrije vodikove energije nije preciziran. Kako bi se prevazišle institucionalne prepreke i uska grla politike industrijskog razvoja, Kina treba ojačati inovacije politika, formulirati savršene norme upravljanja vodikovom energijom, razjasniti procese upravljanja i institucije upravljanja pripremom, skladištenjem, transportom i punjenjem, te implementirati odgovornosti odgovornog odjela za nadzor sigurnosti. Pridržavati se modela demonstracijske primjene koji potiče industrijski razvoj i sveobuhvatno promovirati raznoliki demonstracijski razvoj vodikove energije u transportu, skladištenju energije, distribuiranoj energiji i tako dalje.
Izgraditi sistem snabdijevanja energijom iz vodonika u skladu s lokalnim uslovima.
Lokalne samouprave trebaju sveobuhvatno razmotriti kapacitete za snabdijevanje energijom iz vodonika, industrijsku osnovu i tržišni prostor u regiji, na osnovu prednosti postojećih i potencijalnih resursa, odabrati odgovarajuće metode proizvodnje vodonika u skladu s lokalnim uvjetima, izvršiti izgradnju kapaciteta za garantirano snabdijevanje energijom iz vodonika, dati prioritet korištenju vodonika kao nusproizvoda u industriji i fokusirati se na razvoj proizvodnje vodonika iz obnovljivih izvora energije. Podsticati kvalifikovane regije na saradnju putem više kanala kako bi izgradile niskougljični, siguran, stabilan i ekonomičan lokalni sistem snabdijevanja energijom iz vodonika kako bi se zadovoljila potražnja za velikim izvorima vodonika.
Povećati tehnološke inovacije opreme za proizvodnju vodonika.
Fokusirati se na promociju istraživanja i razvoja, proizvodnje i industrijske primjene ključne opreme za prečišćavanje vodonika i proizvodnju vodonika, te izgraditi visokokvalitetni sistem razvoja tehnologije za proizvode opreme za energiju vodonika oslanjajući se na povoljna preduzeća u industrijskom lancu. Podržati vodeća preduzeća u oblasti proizvodnje vodonika da preuzmu vodeću ulogu, postaviti inovacijske platforme kao što su industrijski inovacijski centar, centar za inženjerska istraživanja, centar za tehnološke inovacije i centar za inovacije u proizvodnji, riješiti ključne probleme opreme za proizvodnju vodonika, podržati "specijalizovana i posebna nova" mala i srednja preduzeća da učestvuju u istraživanju i razvoju zajedničkih tehnologija opreme za proizvodnju vodonika i njegovati niz pojedinačnih liderskih preduzeća sa snažnom nezavisnom sposobnošću osnovne tehnologije.
Ojačati političku podršku za integriranu proizvodnju vodika i stanice za hidrogenaciju.
U Planu se ističe da, kako bismo istražili nove modele poput vodikovih stanica koje integrišu proizvodnju, skladištenje i hidrogenaciju vodika u stanici, moramo od temelja probiti politička ograničenja izgradnje integriranih stanica. Što prije uvesti nacionalni zakon o energetici kako bi se odredio energetski atribut vodika s višeg nivoa. Probiti ograničenja izgradnje integriranih stanica, promovirati integrirane stanice za proizvodnju vodika i hidrogenaciju te provesti pilot demonstraciju izgradnje i rada integriranih stanica u ekonomski razvijenim područjima s bogatim resursima prirodnog plina. Obezbijediti financijske subvencije za izgradnju i rad integriranih stanica koje ispunjavaju zahtjeve cjenovne ekonomije i standarda emisije ugljika, podržati relevantna vodeća poduzeća da se prijave za nacionalna "specijalizirana i posebna nova" poduzeća te poboljšati sigurnosne tehničke specifikacije i standarde integriranih stanica za proizvodnju vodika i hidrogenaciju.
Aktivno provoditi demonstracije i promocije novih poslovnih modela.
Podsticati inovacije poslovnih modela u obliku integrirane proizvodnje vodika u stanicama, sveobuhvatnih stanica za snabdijevanje energijom za naftu, vodik i električnu energiju, te koordiniranog rada "vodika, vozila i stanica". U područjima s velikim brojem vozila na gorivne ćelije i visokim pritiskom na snabdijevanje vodikom, istražit ćemo integrirane stanice za proizvodnju vodika i hidrogenaciju iz prirodnog plina, te podsticati područja s razumnim cijenama prirodnog plina i demonstracijski rad vozila na gorivne ćelije. U područjima s obilnim resursima vjetra i hidroenergije i scenarijima primjene energije vodika, izgraditi integrirane stanice za proizvodnju vodika i hidrogenaciju s obnovljivom energijom, postepeno proširiti demonstracijski opseg, stvoriti ponovljivo i popularizirano iskustvo te ubrzati smanjenje ugljika i troškova energije vodika.
(Autor: istraživački tim za buduću industriju Informacijskog savjetodavnog centra Yiwei Zhiyuan iz Pekinga)
Vrijeme objave: 29. septembar 2022.
