Innovation, popularisering og anvendelse af brintenergiproduktionsteknologi -- en casestudie af Ally Hi-Tech
Oprindeligt link:https://mp.weixin.qq.com/s/--dP1UU_LS4zg3ELdHr-Sw
Redaktørens bemærkning: Denne artikel er oprindeligt udgivet af den officielle Wechats konto: China Thinktank
Den 23. marts udsendte den nationale udviklings- og reformkommission og Kinas nationale energiadministration i fællesskab den mellem- og langsigtede plan for udviklingen af brintenergiindustrien (2021-2035) (herefter benævnt planen), som definerede brints energiegenskaber og foreslog, at brintenergi er en integreret del af det fremtidige nationale energisystem og den centrale retning for strategiske nye industrier. Brændselscellekøretøjer er det førende felt inden for brintenergianvendelse og gennembrudet for industriel udvikling i Kina.
I 2021, drevet af den nationale politik for demonstration og anvendelse af brændselscellekøretøjer, blev de fem byområder Beijing, Tianjin, Hebei, Shanghai, Guangdong, Hebei og Henan successivt lanceret, den storstilede demonstration og anvendelse af 10.000 brændselscellekøretøjer begyndte at blive lanceret, og udviklingen af brintenergiindustrien drevet af demonstration og anvendelse af brændselscellekøretøjer er blevet omsat til praksis.
Samtidig er der også sket gennembrud inden for anvendelse og udforskning af brintenergi i ikke-transportmæssige områder såsom stål, kemisk industri og byggeri. I fremtiden vil diversificerede og multi-scenarie anvendelser af brintenergi medføre en stor efterspørgsel efter brint. Ifølge China Hydrogen Energy Alliances forudsigelser vil Kinas efterspørgsel efter brint nå op på 35 millioner tons i 2030, og brintenergi vil tegne sig for mindst 5% af Kinas terminalenergisystem. I 2050 vil efterspørgslen efter brint være tæt på 60 millioner tons, brintenergi tegner sig for mere end 10% af Kinas terminalenergisystem, og den årlige produktionsværdi af industrikæden vil nå op på 12 billioner yuan.
Fra et industrielt udviklingsperspektiv er Kinas brintenergiindustri stadig i den tidlige udviklingsfase. I forbindelse med anvendelse, demonstration og markedsføring af brintenergi har den utilstrækkelige forsyning og de høje omkostninger ved brint til energi altid været et vanskeligt problem, der har begrænset udviklingen af Kinas brintenergiindustri. Som det centrale led i brintforsyningen er problemerne med høje priser ab fabrik og høje opbevarings- og transportomkostninger for brint til køretøjer stadig fremtrædende.
Derfor er det presserende for Kina at fremskynde innovationen, populariseringen og anvendelsen af billig brintproduktionsteknologi, forbedre demonstrationsøkonomien ved at reducere omkostningerne ved brintenergiforsyning, støtte storstilet demonstrationsanvendelse af brændselscellekøretøjer og derefter drive udviklingen af hele brintenergiindustrien.
Den høje pris på brint er et fremtrædende problem i udviklingen af Kinas brintenergiindustri
Kina er et stort land, der producerer brint. Brintproduktionen er fordelt i petrokemiske, kemiske, koksindustrien og andre industrier. Størstedelen af den producerede brint bruges som mellemprodukter til olieraffinering, syntetisk ammoniak, methanol og andre kemiske produkter. Ifølge statistikker fra China Hydrogen Energy Alliance er den nuværende brintproduktion i Kina omkring 33 millioner tons, hovedsageligt fra kul, naturgas og anden fossil energi samt rensning af industrielle biprodukter fra gas. Blandt disse er produktionen af brintproduktion fra kul 21,34 millioner tons, hvilket tegner sig for 63,5%. Efterfulgt af industrielt biprodukt brint og produktion af naturgas brint med en produktion på henholdsvis 7,08 millioner tons og 4,6 millioner tons. Brintproduktionen ved vandelektrolyse er relativt lille, omkring 500.000 tons.
Selvom den industrielle brintproduktionsproces er moden, den industrielle kæde er komplet, og anskaffelsen er relativt bekvem, står energiforsyningen af brint stadig over for store udfordringer. De højere råvareomkostninger og transportomkostninger ved brintproduktion fører til en højere slutpris for levering af brint. For at realisere storstilet popularisering og anvendelse af brintenergiteknologi er nøglen at bryde flaskehalsen med høje brintanskaffelses- og transportomkostninger. Blandt de eksisterende brintproduktionsmetoder er omkostningerne ved kulbrintproduktion lave, men kulstofemissionsniveauet er højt. Energiforbrugsomkostningerne ved brintproduktion ved vandelektrolyse i store industrier er høje.
Selv med lav elektricitet er omkostningerne ved brintproduktion mere end 20 yuan/kg. De lave omkostninger og lave CO2-udledningsniveauer ved brintproduktion fra nedlukning af vedvarende energi er en vigtig retning for at opnå brint i fremtiden. Teknologien er i øjeblikket gradvist moden, men erhvervelsesstedet er relativt afsidesliggende, transportomkostningerne er meget høje, og der er intet promoverings- eller anvendelsesscenarie. Fra et brintomkostningers perspektiv er 30 ~ 45% af prisen på energibrint omkostningerne til brinttransport og -påfyldning. Den eksisterende brinttransportteknologi baseret på højtryksgasbrint har mindre transportvolumen for enkeltkøretøjer, dårlig økonomisk værdi af langdistancetransport, og teknologierne til faststoflagring og -transport samt flydende brint er ikke modne. Outsourcing af gasbrint til brinttankstationer er stadig den vigtigste metode.
I den nuværende styringsspecifikation er brint stadig opført som håndtering af farlige kemikalier. Storskala industriel brintproduktion skal ind i den kemiske industripark. Storskala brintproduktion matcher ikke efterspørgslen efter brint til decentraliserede køretøjer, hvilket resulterer i høje brintpriser. En stærkt integreret brintproduktions- og tankningsteknologi er presserende nødvendig for at opnå et gennembrud. Prisniveauet for naturgasproduktion af brint er rimeligt, hvilket kan realisere storskala og stabil forsyning. Derfor er den integrerede brintproduktions- og tankstation baseret på naturgas en mulig brintforsyningsmulighed og en realistisk vej til at fremme brinttankstationer i områder med relativt rigelig naturgas for at reducere omkostningerne og løse det vanskelige problem med tankning i nogle områder. I øjeblikket er der omkring 237 integrerede brintproduktionsstationer monteret på slæder i verden, hvilket tegner sig for omkring 1/3 af det samlede antal udenlandske brinttankstationer. Blandt dem anvender Japan, Europa, Nordamerika og andre regioner i vid udstrækning driftsformen for integreret brintproduktion og tankstation på stationen. Hvad angår den indenlandske situation, er Foshan, Weifang, Datong, Zhangjiakou og andre steder begyndt at undersøge pilotprojekter for opførelse og drift af integrerede brintproduktions- og tankstationer. Det kan forudsiges, at efter gennembruddet inden for brinthåndtering og brintproduktionspolitikker og -regler, vil den integrerede brintproduktions- og tankstation være det realistiske valg til kommerciel drift af brinttankstationen.
Erfaring med innovation, popularisering og anvendelse af brintproduktionsteknologi fra Ally Hi-Tech
Som en førende virksomhed inden for brintproduktion i Kina har Ally Hi-Tech siden etableringen i mere end 20 år fokuseret på forskning og udvikling af nye energiløsninger og avancerede brintproduktionsteknologier. Inden for småskala produktionsteknologi til naturgasbrint, katalytisk oxidation af metanol, brintproduktionsteknologi til elektrolyse ved højtemperaturvand, ammoniaknedbrydningsteknologi til brintproduktion, småskala syntetisk ammoniakteknologi, stor monomermetanolkonverter, integreret brintproduktions- og hydrogeneringssystem samt retningsbestemt rensningsteknologi til køretøjer er der sket mange gennembrud inden for banebrydende tekniske områder som anført ovenfor.
Fortsæt med at fremme teknologisk innovation inden for brintproduktion.
Ally Hi-Tech har altid brintproduktion som kernen i sin forretning og fortsætter med at udføre teknologisk innovation inden for brintproduktion, såsom metanolkonvertering, naturgasreformering og PSA-retningsbestemt rensning af brint. Blandt disse har et enkelt sæt methanolkonverteringsbrintproduktionsudstyr, der er uafhængigt udviklet og designet af virksomheden, en brintproduktionskapacitet på 20000 Nm³/t. Det maksimale tryk når 3,3 MPa, hvilket når et internationalt avanceret niveau med fordelene ved lavt energiforbrug, sikkerhed og pålidelighed, enkel proces, uovervåget og så videre. Virksomheden har gjort et gennembrud inden for brintproduktionsteknologi til naturgasreformering (SMR-metoden).
Varmevekslingsreformeringsteknologien er anvendt, og hydrogenproduktionskapaciteten for et enkelt sæt udstyr er op til 30000 Nm³/t. Det maksimale tryk kan nå 3,0 MPa, investeringsomkostningerne reduceres kraftigt, og energiforbruget for naturgas reduceres med 33%. Med hensyn til tryksvingningadsorption (PSA) hydrogenretningsrensningsteknologi har virksomheden udviklet en række komplette sæt hydrogenrensningsteknologier, og hydrogenproduktionskapaciteten for et enkelt sæt udstyr er 100000 Nm³/t. Det maksimale tryk er 5,0 MPa. Det har karakteristika som høj grad af automatisering, enkel betjening, godt miljø og lang levetid. Det har været meget anvendt inden for industriel gasseparation.
Figur 1: H2-produktionsudstyrssæt fra Ally Hi-Tech
Opmærksomhed rettet mod udvikling og promovering af brintenergiserieprodukter.
I takt med at virksomheden udfører innovation og produktudvikling inden for brintproduktionsteknologi, lægger Ally Hi-Tech vægt på at udvide produktudviklingen inden for downstream brintbrændselsceller, fremmer aktivt forskning og udvikling samt anvendelse af katalysatorer, adsorbenter, reguleringsventiler, modulært lille brintproduktionsudstyr og langtidsholdbare brændselscellestrømforsyningssystemer og promoverer energisk teknologi og udstyr til integreret brintproduktion og hydrogeneringsstation. Med hensyn til produktfremme er Ally Hi-Techs faglige kvalifikationer omfattende inden for ingeniørdesign. Virksomheden er forpligtet til at levere komplette brintenergiløsninger og -tjenester, og produktets markedsanvendelse promoveres hurtigt.
Der er gjort gennembrud inden for anvendelsen af udstyr til brintproduktion.
I øjeblikket har Ally Hi-Tech bygget mere end 620 sæt udstyr til brintproduktion og brintrensning. Blandt disse har Ally Hi-Tech markedsført mere end 300 sæt udstyr til methanol-brintproduktion, mere end 100 sæt udstyr til naturgas-brintproduktion og mere end 130 sæt udstyr til store PSA-projekter og har påtaget sig en række brintproduktionsprojekter med nationale emner.
Ally Hi-Tech har samarbejdet med kendte virksomheder i ind- og udland, såsom Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germany, Praxair America, Iwatani Japan, BP og så videre. Det er en af de komplette udbydere af udstyrstjenester med den største forsyning inden for små og mellemstore brintproduktionsudstyr i verden. I øjeblikket er Ally Hi-Techs brintproduktionsudstyr blevet eksporteret til 16 lande og regioner såsom USA, Japan, Sydkorea, Indien, Malaysia, Filippinerne, Pakistan, Myanmar, Thailand og Sydafrika. I 2019 blev Ally Hi-Techs tredje generations integrerede naturgasbrintproduktionsudstyr eksporteret til American Plug Power Inc., som blev designet og fremstillet i fuld overensstemmelse med amerikanske standarder, hvilket skabte præcedens for eksport af Kinas naturgasbrintproduktionsudstyr til USA.
Figur 2. Integreret udstyr til brintproduktion og hydrogenering eksporteret af Ally Hi-Tech til USA
Opførelse af første batch af integreret hydrogenproduktions- og hydrogeneringsstation.
I lyset af de praktiske problemer med ustabile kilder og høje priser på brint til energi, er Ally High-Tech forpligtet til at fremme anvendelsen af højt integreret brintproduktionsteknologi og bruge det eksisterende modne metanolforsyningssystem, naturgasrørledningsnetværket samt CNG- og LNG-tankstationer til at rekonstruere og udvide den integrerede brintproduktions- og tankstation. I september 2021 blev den første indenlandske integrerede naturgas-brintproduktions- og hydrogeneringsstation under Ally Hi-Techs hovedkontrakt sat i drift på Foshan gas-Nanzhuang hydrogeneringsstation.
Stationen er designet med et sæt 1000 kg/dag naturgasreformeringshydrogenproduktionsenhed og et sæt 100 kg/dag vandelektrolysehydrogenproduktionsenhed med en ekstern hydrogeneringskapacitet på 1000 kg/dag. Det er en typisk integreret hydrogeneringsstation med "hydrogenproduktion + kompression + lagring + påfyldning". Den er førende inden for anvendelse af miljøvenlig katalysator med bred temperaturændring og retningsbestemt co-rensningsteknologi i industrien, hvilket forbedrer hydrogenproduktionseffektiviteten med 3% og effektivt reducerer energiforbruget til hydrogenproduktion. Stationen har høj integration, et lille gulvareal og stærkt integreret hydrogenproduktionsudstyr.
Hydrogenproduktionen i stationen reducerer transportforbindelserne for hydrogen og omkostningerne ved lagring og transport af hydrogen, hvilket direkte reducerer omkostningerne ved hydrogenforbrug. Stationen har reserveret en ekstern grænseflade, som kan fylde lange rørtrailere og fungere som moderstation, der leverer hydrogenkilde til de omkringliggende hydrogeneringsstationer og danner en regional integreret underordnet hydrogeneringsstation. Derudover kan denne integrerede hydrogeneringsstation også rekonstrueres og udvides baseret på det eksisterende metanoldistributionssystem, naturgasrørledningsnetværk og andre faciliteter, samt tankstationer og CNG- og LNG-tankstationer, hvilket er nemt at promovere og implementere.
Figur 3 Integreret brintproduktions- og hydrogeneringsstation i Nanzhuang, Foshan, Guangdong
Leder aktivt branchens innovation, promovering og anvendelse samt international udveksling og samarbejde.
Som en central højteknologisk virksomhed i det nationale Torch-program, en demonstrationsvirksomhed for ny økonomi i Sichuan-provinsen og en specialiseret og særlig ny virksomhed i Sichuan-provinsen, leder Ally Hi-Tech aktivt branchens innovation og fremmer international udveksling og samarbejde. Siden 2005 har Ally Hi-Tech successivt leveret brintproduktionsteknologi og -udstyr til de store nationale 863 brændselscelleprojekter - Shanghai Anting brinttankstation, Beijing Olympic brinttankstation og Shanghai World Expo brinttankstation, og har leveret høje standarder til alle brintproduktionsprojekter i Kinas rumlanceringscenter.
Som medlem af den nationale standardiseringskomité for brintenergi har Ally Hi-Tech aktivt deltaget i opbygningen af et standardsystem for brintenergi i ind- og udland, ledet udarbejdelsen af én national standard for brintenergi og deltaget i formuleringen af syv nationale standarder og én international standard. Samtidig har Ally Hi-Tech aktivt fremmet international udveksling og samarbejde, etableret Chengchuan Technology Co., Ltd. i Japan, udviklet en ny generation af brintproduktionsteknologi, SOFC-kraftvarmeproduktionsteknologi og relaterede produkter og samarbejdet med virksomheder i USA, Tyskland og Japan inden for ny vandelektrolyse-brintproduktionsteknologi og småskala syntetisk ammoniakteknologi. Med 45 patenter fra Kina, USA og EU er Ally Hi-Tech en typisk teknologibaseret og eksportorienteret virksomhed.
Politikforslag
Ifølge ovenstående analyse har Ally Hi-Tech, baseret på innovation inden for brintproduktionsteknologi, gjort gennembrud inden for udvikling af brintproduktionsudstyr, promovering og anvendelse af brintproduktionsudstyr, konstruktion og drift af integrerede brintproduktions- og tankstationer, hvilket er af stor betydning for Kinas uafhængige teknologiske innovation inden for brintenergi og reduktion af omkostningerne ved energiforbruget. For at sikre og forbedre brintenergiforsyningen, fremskynde opførelsen af et sikkert, stabilt og effektivt brintenergiforsyningsnetværk og opbygge et rent, kulstoffattigt og billigt diversificeret brintproduktionssystem, skal Kina styrke innovationen og produktudviklingen inden for brintproduktionsteknologi, bryde igennem begrænsningerne i politikker og regler og fremme afprøvning af nyt udstyr og modeller med markedspotentiale. Ved yderligere at forbedre støttepolitikker og optimere det industrielle miljø vil vi hjælpe Kinas brintenergiindustri med at udvikle sig med høj kvalitet og kraftigt støtte den grønne omstilling af energi.
Forbedre det politiske system for brintenergiindustrien.
På nuværende tidspunkt er der udstedt "strategisk positionering og støttepolitikker for brintenergiindustrien", men den specifikke udviklingsretning for brintenergiindustrien er ikke specificeret. For at bryde de institutionelle hindringer og politiske flaskehalse i den industrielle udvikling er Kina nødt til at styrke politisk innovation, formulere perfekte normer for brintenergistyring, præcisere styringsprocesserne og styringsinstitutionerne for forberedelse, lagring, transport og påfyldning samt implementere ansvaret for den ansvarlige afdeling for sikkerhedstilsyn. Overholde modellen for demonstrationsanvendelse, der driver den industrielle udvikling, og fremme omfattende den diversificerede demonstrationsudvikling af brintenergi inden for transport, energilagring, distribueret energi og så videre.
Byg et brintenergiforsyningssystem i henhold til lokale forhold.
Lokale myndigheder bør grundigt overveje regionens brintforsyningskapacitet, det industrielle fundament og markedsplads, baseret på fordelene ved eksisterende og potentielle ressourcer, vælge passende brintproduktionsmetoder i henhold til lokale forhold, udføre opførelsen af garantikapacitet for brintforsyning, prioritere brugen af industrielle biprodukter fra brint og fokusere på udvikling af brintproduktion fra vedvarende energi. Opfordre kvalificerede regioner til at samarbejde gennem flere kanaler for at opbygge et kulstoffattigt, sikkert, stabilt og økonomisk lokalt brintforsyningssystem for at imødekomme udbudsbehovet fra store brintkilder.
Øge den teknologiske innovation inden for brintproduktionsudstyr.
Fokus på at fremme forskning og udvikling, fremstilling og industriel anvendelse af nøgleudstyr til brintrensning og brintproduktion og opbygge et teknologisk system af høj kvalitet til udvikling af brintenergiudstyrsprodukter ved at benytte fordelagtige virksomheder i den industrielle kæde. Støt førende virksomheder inden for brintproduktion til at tage føringen, etablere innovationsplatforme såsom industrielle innovationscentre, ingeniørforskningscentre, teknologiske innovationscentre og fremstillingsinnovationscentre, tackle centrale problemer med brintproduktionsudstyr, støtte "specialiserede og særlige nye" små og mellemstore virksomheder til at deltage i forskning og udvikling af fælles teknologier til brintproduktionsudstyr og dyrke en række enkeltstående mestervirksomheder med stærk uafhængig evne til kerneteknologi.
Styrk den politiske støtte til integreret brintproduktion og hydrogeneringsstationer.
Planen påpeger, at for at udforske nye modeller, såsom brintstationer, der integrerer brintproduktion, -lagring og -hydrogenering i stationen, er det nødvendigt at bryde igennem de politiske begrænsninger for opførelsen af integrerede stationer fra bunden. Indføre den nationale energilovgivning hurtigst muligt for at bestemme brints energiegenskaber fra det øvre niveau. Bryde igennem restriktionerne for opførelsen af integrerede stationer, fremme integrerede brintproduktions- og hydrogeneringsstationer og udføre pilotdemonstrationer af opførelse og drift af integrerede stationer i økonomisk udviklede områder med rige naturgasressourcer. Yde økonomisk tilskud til opførelse og drift af integrerede stationer, der opfylder kravene til prisøkonomi og CO2-emissionsstandarder, støtte relevante førende virksomheder i at ansøge om nationale "specialiserede og særlige nye" virksomheder og forbedre de sikkerhedstekniske specifikationer og standarder for integrerede brintproduktions- og hydrogeneringsstationer.
Aktivt udføre demonstration og promovering af nye forretningsmodeller.
Fremme innovation inden for forretningsmodeller i form af integreret brintproduktion på stationer, omfattende energiforsyningsstationer til olie, brint og elektricitet samt koordineret drift af "brint, køretøjer og stationer". I områder med et stort antal brændselscellekøretøjer og højt pres på brintforsyningen vil vi undersøge integrerede stationer til brintproduktion og hydrogenering fra naturgas og fremme områder med rimelige naturgaspriser og demonstrationsdrift af brændselscellekøretøjer. I områder med rigelige vind- og vandkraftressourcer og anvendelsesscenarier for brintenergi vil vi bygge integrerede brintproduktions- og hydrogeneringsstationer med vedvarende energi, gradvist udvide demonstrationsskalaen, danne replikerbar og populariseret erfaring og fremskynde reduktionen af kulstof og omkostninger ved energibrint.
(Forfatter: Future Industry Research Team fra Beijing Yiwei Zhiyuan Information Consulting Center)
Opslagstidspunkt: 29. september 2022
