Innovació, popularització i aplicació de la tecnologia de producció d'energia d'hidrogen: un estudi de cas d'Ally Hi-Tech
Enllaç original:https://mp.weixin.qq.com/s/--dP1UU_LS4zg3ELdHr-Sw
Nota de l'editor: Aquest és un article publicat originalment pel compte oficial de Wechat: China Thinktank
El 23 de març, la Comissió Nacional de Desenvolupament i Reforma i l'Administració Nacional d'Energia de la Xina van publicar conjuntament el pla a mitjà i llarg termini per al desenvolupament de la indústria de l'energia de l'hidrogen (2021-2035) (d'ara endavant, el pla), que definia l'atribut energètic de l'hidrogen i proposava que l'energia de l'hidrogen fos una part integral del futur sistema energètic nacional i la direcció clau de les noves indústries estratègiques. El vehicle de pila de combustible és el camp líder en l'aplicació de l'energia de l'hidrogen i l'avenç del desenvolupament industrial a la Xina.
El 2021, impulsat per la política nacional de demostració i aplicació de vehicles de piles de combustible, es van llançar successivament les cinc aglomeracions urbanes de Pequín, Tianjin, Hebei, Xangai, Guangdong, Hebei i Henan, es va començar a llançar la demostració i l'aplicació a gran escala de 10.000 vehicles de piles de combustible i s'ha posat en pràctica el desenvolupament de la indústria de l'energia de l'hidrogen impulsada per la demostració i l'aplicació de vehicles de piles de combustible.
Al mateix temps, també s'han fet avenços en l'aplicació i l'exploració de l'energia de l'hidrogen en camps no relacionats amb el transport, com ara l'acer, la indústria química i la construcció. En el futur, les aplicacions diversificades i multiescenari de l'energia de l'hidrogen comportaran una gran demanda d'hidrogen. Segons la predicció de la China Hydrogen Energy Alliance, el 2030, la demanda d'hidrogen de la Xina arribarà als 35 milions de tones, i l'energia de l'hidrogen representarà almenys el 5% del sistema energètic terminal de la Xina; el 2050, la demanda d'hidrogen serà propera als 60 milions de tones, l'energia de l'hidrogen representarà més del 10% del sistema energètic terminal de la Xina, i el valor de producció anual de la cadena industrial arribarà als 12 bilions de iuans.
Des de la perspectiva del desenvolupament industrial, la indústria xinesa de l'energia de l'hidrogen encara es troba en una fase inicial de desenvolupament. En el procés d'aplicació, demostració i promoció de l'energia de l'hidrogen, el subministrament insuficient i l'alt cost de l'hidrogen per a l'energia sempre han estat un problema difícil que restringeix el desenvolupament de la indústria xinesa de l'energia de l'hidrogen. Com a vincle principal del subministrament d'hidrogen, els problemes de l'elevat preu de fàbrica i l'elevat cost d'emmagatzematge i transport de l'hidrogen dels vehicles continuen sent prominents.
Per tant, la Xina necessita urgentment accelerar la innovació, la popularització i l'aplicació de la tecnologia de producció d'hidrogen de baix cost, millorar l'economia de l'aplicació de demostració reduint el cost del subministrament d'energia d'hidrogen, donar suport a l'aplicació de demostració a gran escala de vehicles de piles de combustible i, a continuació, impulsar el desenvolupament de tota la indústria de l'energia d'hidrogen.
L'alt preu de l'hidrogen és un problema destacat en el desenvolupament de la indústria energètica de l'hidrogen a la Xina
La Xina és un país gran productor d'hidrogen. La producció d'hidrogen es distribueix en les indústries petroquímica, química, de coc i altres. La major part de l'hidrogen produït s'utilitza com a productes intermedis per al refinament del petroli, amoníac sintètic, metanol i altres productes químics. Segons les estadístiques de la China Hydrogen Energy Alliance, la producció actual d'hidrogen a la Xina és d'uns 33 milions de tones, principalment a partir de carbó, gas natural i altres fonts d'energia fòssils i purificació de gasos de subproductes industrials. Entre ells, la producció d'hidrogen a partir del carbó és de 21,34 milions de tones, que representen el 63,5%. Seguida de la producció d'hidrogen a partir de subproductes industrials i hidrogen de gas natural, amb una producció de 7,08 milions de tones i 4,6 milions de tones respectivament. La producció d'hidrogen mitjançant electròlisi de l'aigua és relativament petita, d'unes 500.000 tones.
Tot i que el procés de producció industrial d'hidrogen és madur, la cadena industrial és completa i l'adquisició és relativament convenient, el subministrament d'hidrogen energètic encara s'enfronta a grans reptes. L'augment del cost de les matèries primeres i el cost de transport de la producció d'hidrogen condueixen a un preu de subministrament terminal més elevat. Per tal de popularitzar i aplicar a gran escala la tecnologia de l'energia de l'hidrogen, la clau és superar el coll d'ampolla de l'alt cost d'adquisició d'hidrogen i el cost de transport. Entre els mètodes de producció d'hidrogen existents, el cost de producció d'hidrogen a partir de carbó és baix, però el nivell d'emissions de carboni és elevat. El cost del consum d'energia de la producció d'hidrogen mitjançant electròlisi d'aigua a les grans indústries és elevat.
Fins i tot amb poca electricitat, el cost de producció d'hidrogen és de més de 20 iuans/kg. El baix cost i el baix nivell d'emissions de carboni de la producció d'hidrogen a partir de l'abandonament de l'energia renovable és una direcció important per obtenir hidrogen en el futur. Actualment, la tecnologia està madurant gradualment, però la ubicació d'adquisició és relativament remota, el cost de transport és molt elevat i no hi ha cap escenari de promoció i aplicació. Des de la perspectiva de la composició del cost de l'hidrogen, el 30 ~ 45% del preu de l'hidrogen energètic és el cost del transport i l'ompliment d'hidrogen. La tecnologia de transport d'hidrogen existent basada en hidrogen gasós d'alta pressió té un volum de transport d'un sol vehicle menor, un valor econòmic baix del transport de llarga distància i les tecnologies d'emmagatzematge i transport en estat sòlid i hidrogen líquid no estan madures. L'externalització de l'hidrogen gasós a l'estació de recàrrega d'hidrogen continua sent la via principal.
En l'especificació de gestió actual, l'hidrogen encara figura com a gestió de productes químics perillosos. La producció industrial d'hidrogen a gran escala ha d'entrar al parc de la indústria química. La producció d'hidrogen a gran escala no coincideix amb la demanda d'hidrogen per a vehicles descentralitzats, cosa que resulta en preus elevats de l'hidrogen. Es necessita urgentment una tecnologia de producció i reabasteïment d'hidrogen altament integrada per aconseguir un gran avenç. El nivell de preus de la producció d'hidrogen de gas natural és raonable, cosa que pot aconseguir un subministrament a gran escala i estable. Per tant, en zones amb gas natural relativament abundant, l'estació integrada de producció i reabasteïment d'hidrogen basada en gas natural és una opció de subministrament d'hidrogen factible i un camí realista per promoure l'estació de reabasteïment d'hidrogen per reduir el cost i resoldre el difícil problema del reabasteïment en algunes zones. Actualment, hi ha unes 237 estacions integrades de producció d'hidrogen muntades sobre patí al món, que representen aproximadament 1/3 del nombre total d'estacions de reabasteïment d'hidrogen estrangeres. Entre elles, el Japó, Europa, Amèrica del Nord i altres regions adopten àmpliament el mode de funcionament de l'estació integrada de producció i reabasteïment d'hidrogen a l'estació. Pel que fa a la situació nacional, Foshan, Weifang, Datong, Zhangjiakou i altres llocs han començat a explorar la construcció i el funcionament pilot d'estacions integrades de producció i subministrament d'hidrogen. Es pot predir que després de l'avenç de les polítiques i regulacions de gestió de l'hidrogen i producció d'hidrogen, l'estació integrada de producció i subministrament d'hidrogen serà l'opció realista per al funcionament comercial de l'estació de subministrament d'hidrogen.
Experiència en innovació, popularització i aplicació de la tecnologia de producció d'hidrogen d'Ally Hi-Tech
Com a empresa líder en el camp de la producció d'hidrogen a la Xina, Ally Hi-Tech s'ha centrat en la investigació i el desenvolupament de noves solucions energètiques i tecnologies avançades de producció d'hidrogen des de la seva fundació durant més de 20 anys. En els camps de la tecnologia de producció d'hidrogen de gas natural a petita escala, la tecnologia de producció d'hidrogen de metanol per oxidació catalítica, la tecnologia de producció d'hidrogen per electròlisi d'aigua a alta temperatura, la tecnologia de producció d'hidrogen per descomposició d'amoníac, la tecnologia d'amoníac sintètic a petita escala, el convertidor de metanol de monòmers grans, el sistema integrat de producció i hidrogenació d'hidrogen, la tecnologia de purificació direccional d'hidrogen per a vehicles, s'han fet molts avenços en camps tècnics d'avantguarda com els esmentats anteriorment.
Continuar promovent la innovació tecnològica en la producció d'hidrogen.
Ally Hi-Tech sempre pren la producció d'hidrogen com el nucli del seu negoci i continua duent a terme innovacions tecnològiques en la producció d'hidrogen, com ara la conversió de metanol, el reformat de gas natural i la purificació direccional d'hidrogen per PSA. Entre ells, un únic conjunt d'equips de producció d'hidrogen per a la conversió de metanol desenvolupats i dissenyats independentment per l'empresa té una capacitat de producció d'hidrogen de 20.000 Nm³/h. La pressió màxima arriba als 3,3 MPa, assolint el nivell avançat internacional, amb els avantatges de baix consum d'energia, seguretat i fiabilitat, procés senzill, sense supervisió, etc. L'empresa ha fet un gran avenç en la tecnologia de producció d'hidrogen per reformat de gas natural (mètode SMR).
S'adopta la tecnologia de reforma d'intercanvi de calor i la capacitat de producció d'hidrogen d'un sol conjunt d'equips és de fins a 30.000 Nm³/h. La pressió màxima pot arribar als 3,0 MPa, el cost d'inversió es redueix considerablement i el consum d'energia del gas natural es redueix en un 33%; Pel que fa a la tecnologia de purificació direccional d'hidrogen per adsorció per oscil·lació de pressió (PSA), l'empresa ha desenvolupat una varietat de conjunts complets de tecnologies de purificació d'hidrogen i la capacitat de producció d'hidrogen d'un sol conjunt d'equips és de 100.000 Nm³/h. La pressió màxima és de 5,0 MPa. Té les característiques d'alt grau d'automatització, funcionament senzill, bon entorn i llarga vida útil. S'ha utilitzat àmpliament en el camp de la separació de gasos industrials.
Figura 1: Conjunt d'equips de producció d'H2 d'Ally Hi-Tech
Atenció prestada al desenvolupament i la promoció de productes de la sèrie d'energia d'hidrogen.
Mentre duu a terme la innovació en tecnologia de producció d'hidrogen i el desenvolupament de productes, Ally Hi-Tech presta atenció a l'expansió del desenvolupament de productes en el camp de les piles de combustible d'hidrogen posteriors, promou activament la R+D i l'aplicació de catalitzadors, adsorbents, vàlvules de control, equips modulars de producció d'hidrogen petit i sistemes de subministrament d'energia per a piles de combustible de llarga durada, i promou enèrgicament la tecnologia i els equips de l'estació integrada de producció i hidrogenació d'hidrogen. Pel que fa a la promoció de productes, la qualificació professional del disseny d'enginyeria d'Ally Hi-Tech és completa. Es compromet a proporcionar productes i serveis integrals de solucions energètiques d'hidrogen, i l'aplicació del producte al mercat es promou ràpidament.
S'han fet avenços en l'aplicació d'equips de producció d'hidrogen.
Actualment, Ally Hi-Tech ha construït més de 620 equips de producció i purificació d'hidrogen. Entre ells, Ally Hi-Tech ha promogut més de 300 equips de producció d'hidrogen de metanol, més de 100 equips de producció d'hidrogen de gas natural i més de 130 equips de grans projectes de PSA, i ha dut a terme diversos projectes de producció d'hidrogen de temàtica nacional.
Ally Hi-Tech ha cooperat amb empreses famoses tant a nivell nacional com internacional, com ara Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germany, Praxair America, Iwatani Japan, BP, etc. És un dels proveïdors de serveis d'equips complets amb el subministrament més gran en el camp dels equips de producció d'hidrogen de mida petita i mitjana del món. Actualment, els equips de producció d'hidrogen d'Ally Hi-Tech s'han exportat a 16 països i regions com ara els Estats Units, el Japó, Corea del Sud, l'Índia, Malàisia, les Filipines, el Pakistan, Myanmar, Tailàndia i Sud-àfrica. El 2019, els equips integrats de producció d'hidrogen de gas natural de tercera generació d'Ally Hi-Tech es van exportar a American Plug Power Inc., que van ser dissenyats i fabricats d'acord amb els estàndards americans, creant un precedent perquè els equips de producció d'hidrogen de gas natural de la Xina s'exportin als Estats Units.
Figura 2. Equip integrat de producció i hidrogenació d'hidrogen exportat per Ally Hi-Tech als Estats Units
Construcció del primer lot d'una estació integrada de producció i hidrogenació d'hidrogen.
Atesos els problemes pràctics de les fonts inestables i els alts preus de l'hidrogen per a l'energia, Ally High-Tech es compromet a promoure l'aplicació d'una tecnologia de producció d'hidrogen altament integrada i a utilitzar el sistema de subministrament de metanol madur existent, la xarxa de gasoductes de gas natural i les estacions de servei de GNC i GNL per reconstruir i ampliar l'estació integrada de producció i recàrrega d'hidrogen. El setembre de 2021, es va posar en funcionament la primera estació integrada nacional de producció i hidrogenació d'hidrogen de gas natural sota el contracte general d'Ally Hi-Tech a l'estació d'hidrogenació de gas Nanzhuang de Foshan.
L'estació està dissenyada amb un conjunt d'unitats de producció d'hidrogen per reforma de gas natural de 1000 kg/dia i un conjunt d'unitats de producció d'hidrogen per electròlisi d'aigua de 100 kg/dia, amb una capacitat d'hidrogenació externa de 1000 kg/dia. És una estació d'hidrogenació integrada típica de "producció d'hidrogen + compressió + emmagatzematge + ompliment". Pren la iniciativa en l'aplicació de tecnologia de catalitzador de canvi de temperatura ampli i copurificació direccional respectuosa amb el medi ambient a la indústria, cosa que millora l'eficiència de la producció d'hidrogen en un 3% i redueix eficaçment el consum d'energia de la producció d'hidrogen. L'estació té una alta integració, una superfície petita i equips de producció d'hidrogen altament integrats.
La producció d'hidrogen a l'estació redueix els enllaços de transport d'hidrogen i el cost d'emmagatzematge i transport d'hidrogen, cosa que redueix directament el cost del consum d'hidrogen. L'estació té reservada una interfície externa, que pot omplir remolcs de tub llarg i servir com a estació matriu per proporcionar font d'hidrogen a les estacions d'hidrogenació circumdants, formant una estació integrada regional de producció i hidrogenació. A més, aquesta estació integrada de producció i hidrogenació d'hidrogen també es pot reconstruir i ampliar en funció del sistema de distribució de metanol existent, la xarxa de gasoductes de gas natural i altres instal·lacions, així com les gasolineres i les estacions de servei de GNC i GNL, cosa que és fàcil de promoure i implementar.
Figura 3 Estació integrada de producció i hidrogenació d'hidrogen a Nanzhuang, Foshan, Guangdong
Lidera activament la innovació, la promoció i l'aplicació de la indústria, així com els intercanvis i la cooperació internacionals.
Com a empresa clau d'alta tecnologia del Programa Nacional Torch, una nova empresa de demostració d'economia a la província de Sichuan i una nova empresa especialitzada i especial a la província de Sichuan, Ally Hi-Tech lidera activament la innovació industrial i promou els intercanvis i la cooperació internacionals. Des del 2005, Ally Hi-Tech ha proporcionat successivament tecnologia i equips de producció d'hidrogen als principals projectes nacionals de piles de combustible 863: l'estació de reabasteciment d'hidrogen Anting de Xangai, l'estació de reabasteciment d'hidrogen dels Jocs Olímpics de Pequín i l'estació de reabasteciment d'hidrogen de l'Exposició Mundial de Xangai, i ha proporcionat a tots els projectes d'estacions de producció d'hidrogen del centre de llançament espacial de la Xina uns estàndards elevats.
Com a membre del Comitè Nacional d'Estandardització de l'Energia d'Hidrogen, Ally Hi-Tech ha participat activament en la construcció d'un sistema estàndard d'energia d'hidrogen a nivell nacional i internacional, ha liderat la redacció d'un estàndard nacional d'energia d'hidrogen i ha participat en la formulació de set estàndards nacionals i un estàndard internacional. Al mateix temps, Ally Hi-Tech ha promogut activament els intercanvis i la cooperació internacionals, ha establert Chengchuan Technology Co., Ltd. al Japó, ha desenvolupat una nova generació de tecnologia de producció d'hidrogen, tecnologia de cogeneració SOFC i productes relacionats, i ha dut a terme cooperacions amb empreses dels Estats Units, Alemanya i Japó en els camps de la nova tecnologia de producció d'hidrogen per electròlisi d'aigua i la tecnologia d'amoníac sintètic a petita escala. Amb 45 patents de la Xina, els Estats Units i la Unió Europea, Ally Hi-Tech és una empresa típica basada en la tecnologia i orientada a l'exportació.
Suggeriment de política
Segons l'anàlisi anterior, basant-se en la innovació de la tecnologia de producció d'hidrogen, Ally Hi-Tech ha fet avenços en el desenvolupament d'equips de producció d'hidrogen, la promoció i l'aplicació d'equips de producció d'hidrogen, la construcció i el funcionament d'estacions integrades de producció i reabasteïment d'hidrogen, la qual cosa és de gran importància per a la innovació tecnològica independent de l'energia d'hidrogen de la Xina i la reducció del cost del consum d'energia d'hidrogen. Per tal de garantir i millorar el subministrament d'energia d'hidrogen, accelerar la construcció d'una xarxa de subministrament d'energia d'hidrogen segura, estable i eficient i construir un sistema de producció d'hidrogen diversificat net, baix en carboni i de baix cost, la Xina necessita enfortir la innovació tecnològica de producció d'hidrogen i el desenvolupament de productes, trencar les restriccions de les polítiques i regulacions i fomentar que es provin primer nous equips i models amb potencial de mercat. Millorant encara més les polítiques de suport i optimitzant l'entorn industrial, ajudarem la indústria de l'energia d'hidrogen de la Xina a desenvolupar-se amb alta qualitat i donarem un suport ferm a la transformació verda de l'energia.
Millorar el sistema de polítiques de la indústria de l'energia de l'hidrogen.
Actualment, s'han publicat les "polítiques de posicionament estratègic i de suport de la indústria de l'energia de l'hidrogen", però no s'ha especificat la direcció de desenvolupament específica de la indústria de l'energia de l'hidrogen. Per tal de trencar els obstacles institucionals i els colls d'ampolla polítics del desenvolupament industrial, la Xina necessita enfortir la innovació política, formular normes perfectes de gestió de l'energia de l'hidrogen, aclarir els processos de gestió i les institucions de gestió de la preparació, l'emmagatzematge, el transport i l'ompliment, i implementar les responsabilitats del departament responsable de la supervisió de la seguretat. Adherir-se al model d'aplicació de demostració que impulsa el desenvolupament industrial i promoure integralment el desenvolupament de demostració diversificat de l'energia de l'hidrogen en el transport, l'emmagatzematge d'energia, l'energia distribuïda, etc.
Construir un sistema de subministrament d'energia d'hidrogen d'acord amb les condicions locals.
Els governs locals haurien de considerar exhaustivament la capacitat de subministrament d'energia d'hidrogen, la base industrial i l'espai de mercat a la regió, basant-se en els avantatges dels recursos existents i potencials, seleccionar mètodes de producció d'hidrogen adequats segons les condicions locals, dur a terme la construcció de la capacitat de garantia de subministrament d'energia d'hidrogen, donar prioritat a l'ús d'hidrogen com a subproducte industrial i centrar-se en el desenvolupament de la producció d'hidrogen a partir d'energies renovables. Animar les regions qualificades a cooperar a través de múltiples canals per construir un sistema local de subministrament d'energia d'hidrogen baix en carboni, segur, estable i econòmic per satisfer la demanda de subministrament de fonts d'hidrogen a gran escala.
Augmentar la innovació tecnològica dels equips de producció d'hidrogen.
Centrar-se en la promoció de la R+D, la fabricació i l'aplicació industrial d'equips clau per a la purificació i la producció d'hidrogen, i construir un sistema de tecnologia de desenvolupament d'alta qualitat per a productes d'equips d'energia d'hidrogen confiant en empreses avantatjoses de la cadena industrial. Donar suport a les empreses líders en el camp de la producció d'hidrogen per prendre la iniciativa, establir plataformes d'innovació com ara centres d'innovació industrial, centres de recerca en enginyeria, centres d'innovació tecnològica i centres d'innovació en fabricació, abordar els problemes clau dels equips de producció d'hidrogen, donar suport a les petites i mitjanes empreses "especialitzades i noves" per participar en la investigació i el desenvolupament de tecnologies comunes d'equips de producció d'hidrogen i cultivar una sèrie d'empreses campiones úniques amb una forta capacitat independent de tecnologia bàsica.
Enfortir el suport polític a les estacions integrades de producció i hidrogenació d'hidrogen.
El Pla assenyala que per explorar nous models com ara les estacions d'hidrogen que integrin la producció, l'emmagatzematge i la hidrogenació d'hidrogen a l'estació, cal trencar les restriccions polítiques sobre la construcció d'estacions integrades des de l'arrel. Introduir la llei nacional d'energia tan aviat com sigui possible per determinar l'atribut energètic de l'hidrogen des del nivell superior. Trencar les restriccions sobre la construcció d'estacions integrades, promoure les estacions integrades de producció i hidrogenació d'hidrogen i dur a terme demostracions pilot de la construcció i el funcionament d'estacions integrades en zones econòmicament desenvolupades amb rics recursos de gas natural. Proporcionar subvencions financeres per a la construcció i el funcionament d'estacions integrades que compleixin els requisits d'economia de preus i estàndards d'emissions de carboni, donar suport a les empreses líders pertinents per sol·licitar empreses nacionals "especialitzades i especials noves" i millorar les especificacions tècniques i els estàndards de seguretat de les estacions integrades de producció i hidrogenació d'hidrogen.
Dur a terme activament demostracions i promocions de nous models de negoci.
Fomentar la innovació en models de negoci en forma de producció integrada d'hidrogen en estacions, estacions de subministrament d'energia integrals per a petroli, hidrogen i electricitat, i el funcionament coordinat d'"hidrogen, vehicles i estacions". En zones amb un gran nombre de vehicles de piles de combustible i una alta pressió sobre el subministrament d'hidrogen, explorarem estacions integrades per a la producció i hidrogenació d'hidrogen a partir de gas natural, i fomentarem zones amb preus raonables del gas natural i el funcionament de demostració de vehicles de piles de combustible. En zones amb abundants recursos eòlics i hidroelèctrics i escenaris d'aplicació d'energia d'hidrogen, construirem estacions integrades de producció i hidrogenació d'hidrogen amb energies renovables, ampliarem gradualment l'escala de demostració, formarem experiències replicables i popularitzades i accelerarem la reducció de carboni i costos de l'hidrogen energètic.
(Autor: equip de recerca de la indústria futura del Centre de Consultoria d'Informació Yiwei Zhiyuan de Pequín)
Data de publicació: 29 de setembre de 2022
