Innovación, popularización e aplicación da tecnoloxía de produción de enerxía de hidróxeno: un estudo de caso de Ally Hi-Tech
Ligazón orixinal:https://mp.weixin.qq.com/s/--dP1UU_LS4zg3ELdHr-Sw
Nota do editor: Este é un artigo publicado orixinalmente pola conta oficial de Wechat: China Thinktank
O 23 de marzo, a Comisión Nacional de Desenvolvemento e Reforma e a Administración Nacional de Enerxía da China publicaron conxuntamente o plan a medio e longo prazo para o desenvolvemento da industria da enerxía do hidróxeno (2021-2035) (en diante, o plan), que definía o atributo enerxético do hidróxeno e propoñía que a enerxía do hidróxeno fose unha parte integral do futuro sistema enerxético nacional e a dirección clave das novas industrias estratéxicas. Os vehículos de pila de combustible son o principal campo de aplicación da enerxía do hidróxeno e o avance do desenvolvemento industrial na China.
En 2021, impulsado pola política nacional de demostración e aplicación de vehículos de pilas de combustible, lanzáronse sucesivamente as cinco aglomeracións urbanas de Pequín, Tianjin, Hebei, Shanghai, Guangdong, Hebei e Henan, comezou a lanzar a demostración e aplicación a grande escala de 10.000 vehículos de pilas de combustible e púxose en práctica o desenvolvemento da industria da enerxía do hidróxeno impulsada pola demostración e aplicación de vehículos de pilas de combustible.
Ao mesmo tempo, tamén se produciron avances na aplicación e exploración da enerxía do hidróxeno en campos non relacionados co transporte, como o aceiro, a industria química e a construción. No futuro, as aplicacións diversificadas e multiescenario da enerxía do hidróxeno traerán unha gran demanda de hidróxeno. Segundo a predición da Alianza de Enerxía do Hidróxeno de China, para 2030, a demanda de hidróxeno de China alcanzará os 35 millóns de toneladas e a enerxía do hidróxeno representará polo menos o 5 % do sistema enerxético terminal de China; para 2050, a demanda de hidróxeno será próxima aos 60 millóns de toneladas, a enerxía do hidróxeno representará máis do 10 % do sistema enerxético terminal de China e o valor da produción anual da cadea industrial alcanzará os 12 billóns de yuans.
Desde a perspectiva do desenvolvemento industrial, a industria enerxética do hidróxeno da China aínda está nunha fase inicial de desenvolvemento. No proceso de aplicación, demostración e promoción da enerxía do hidróxeno, a subministración insuficiente e o alto custo do hidróxeno para a enerxía sempre foron un problema difícil que restrinxe o desenvolvemento da industria enerxética do hidróxeno da China. Como elo central do subministro de hidróxeno, os problemas do alto prezo de fábrica e os altos custos de almacenamento e transporte do hidróxeno para vehículos seguen sendo prominentes.
Polo tanto, China necesita urxentemente acelerar a innovación, a popularización e a aplicación da tecnoloxía de produción de hidróxeno de baixo custo, mellorar a economía da aplicación de demostración reducindo o custo do subministro de enerxía de hidróxeno, apoiar a aplicación de demostración a grande escala de vehículos de pilas de combustible e, a continuación, impulsar o desenvolvemento de toda a industria da enerxía de hidróxeno.
O alto prezo do hidróxeno é un problema destacado no desenvolvemento da industria enerxética do hidróxeno na China
A China é un gran país produtor de hidróxeno. A produción de hidróxeno distribúese nas industrias petroquímica, química, de coque e outras. A maior parte do hidróxeno producido utilízase como produtos intermedios para o refinado do petróleo, amoníaco sintético, metanol e outros produtos químicos. Segundo as estatísticas da Alianza de Enerxía do Hidróxeno de China, a produción actual de hidróxeno na China é duns 33 millóns de toneladas, principalmente a partir de carbón, gas natural e outras enerxías fósiles e purificación de gases de subprodutos industriais. Entre eles, a produción de hidróxeno a partir do carbón é de 21,34 millóns de toneladas, o que representa o 63,5 %. Seguida da produción de hidróxeno a partir de subprodutos industriais e hidróxeno a partir de gas natural, cunha produción de 7,08 millóns de toneladas e 4,6 millóns de toneladas respectivamente. A produción de hidróxeno por electrólise da auga é relativamente pequena, duns 500.000 toneladas.
Aínda que o proceso de produción industrial de hidróxeno está maduro, a cadea industrial está completa e a adquisición é relativamente cómoda, o subministro de enerxía de hidróxeno aínda enfronta grandes desafíos. O maior custo da materia prima e o custo de transporte da produción de hidróxeno levan a un prezo de subministración terminal de hidróxeno máis elevado. Para lograr a popularización e aplicación a grande escala da tecnoloxía da enerxía de hidróxeno, a clave é superar o pescozo de botella do alto custo de adquisición de hidróxeno e o custo de transporte. Entre os métodos de produción de hidróxeno existentes, o custo da produción de hidróxeno a partir de carbón é baixo, pero o nivel de emisións de carbono é alto. O custo do consumo de enerxía da produción de hidróxeno mediante electrólise da auga nas grandes industrias é elevado.
Mesmo con pouco consumo de electricidade, o custo de produción de hidróxeno é superior a 20 yuans/kg. O baixo custo e o baixo nivel de emisións de carbono da produción de hidróxeno a partir do abandono da enerxía renovable son unha dirección importante para obter hidróxeno no futuro. Na actualidade, a tecnoloxía está madurando gradualmente, pero a localización da adquisición é relativamente remota, o custo de transporte é moi elevado e non hai ningún escenario de promoción e aplicación. Desde a perspectiva da composición do custo do hidróxeno, o 30 ~ 45 % do prezo do hidróxeno enerxético é o custo do transporte e recheo de hidróxeno. A tecnoloxía de transporte de hidróxeno existente baseada no hidróxeno gasoso a alta presión ten un menor volume de transporte dun só vehículo, un baixo valor económico do transporte de longa distancia e as tecnoloxías de almacenamento e transporte en estado sólido e hidróxeno líquido non están maduras. A externalización do hidróxeno gasoso nas estacións de reabastecemento de hidróxeno segue a ser a principal vía.
Na especificación de xestión actual, o hidróxeno aínda figura na lista de xestión de produtos químicos perigosos. A produción industrial de hidróxeno a grande escala debe entrar no parque da industria química. A produción de hidróxeno a grande escala non se corresponde coa demanda de hidróxeno para vehículos descentralizados, o que resulta en prezos elevados do hidróxeno. Necesítase urxentemente unha tecnoloxía de produción e repostaxe de hidróxeno altamente integrada para lograr un gran avance. O nivel de prezos da produción de hidróxeno de gas natural é razoable, o que pode lograr un subministro estable e a grande escala. Polo tanto, en zonas con gas natural relativamente abundante, a estación integrada de produción e repostaxe de hidróxeno baseada en gas natural é unha opción de subministración de hidróxeno viable e un camiño realista para promover a estación de repostaxe de hidróxeno para reducir o custo e resolver o difícil problema do repostaxe nalgunhas zonas. Na actualidade, hai unhas 237 estacións integradas de produción de hidróxeno montadas sobre patíns no mundo, o que representa aproximadamente 1/3 do número total de estacións de repostaxe de hidróxeno estranxeiras. Entre elas, Xapón, Europa, América do Norte e outras rexións adoptan amplamente o modo de funcionamento da estación integrada de produción e repostaxe de hidróxeno na estación. En canto á situación nacional, Foshan, Weifang, Datong, Zhangjiakou e outros lugares comezaron a explorar a construción e operación piloto de estacións integradas de produción e repostaxe de hidróxeno. Pódese prever que, tras o avance das políticas e regulacións de xestión e produción de hidróxeno, a estación integrada de produción e repostaxe de hidróxeno será a opción realista para a operación comercial da estación de repostaxe de hidróxeno.
Experiencia en innovación, popularización e aplicación da tecnoloxía de produción de hidróxeno de Ally Hi-Tech
Como empresa líder no campo da produción de hidróxeno na China, Ally Hi-Tech leva máis de 20 anos centrándose na investigación e desenvolvemento de novas solucións enerxéticas e tecnoloxías avanzadas de produción de hidróxeno dende a súa creación. Nos campos da tecnoloxía de produción de hidróxeno de gas natural a pequena escala, a tecnoloxía de produción de hidróxeno por oxidación catalítica de metanol, a tecnoloxía de produción de hidróxeno por electrólise de auga a alta temperatura, a tecnoloxía de produción de hidróxeno por descomposición de amoníaco, a tecnoloxía de amoníaco sintético a pequena escala, o conversor de metanol de monómero grande, o sistema integrado de produción e hidroxenación de hidróxeno e a tecnoloxía de purificación direccional de hidróxeno para vehículos, realizáronse moitos avances en campos técnicos de vangarda como os mencionados anteriormente.
Continuar a promover a innovación tecnolóxica na produción de hidróxeno.
Ally Hi-Tech sempre considera a produción de hidróxeno como o núcleo do seu negocio e continúa a levar a cabo innovacións tecnolóxicas na produción de hidróxeno, como a conversión de metanol, a reforma de gas natural e a purificación direccional de hidróxeno por PSA. Entre eles, un único conxunto de equipos de produción de hidróxeno para a conversión de metanol, desenvolvidos e deseñados de forma independente pola empresa, ten unha capacidade de produción de hidróxeno de 20 000 Nm³/h. A presión máxima alcanza os 3,3 MPa, alcanzando o nivel avanzado internacional, coas vantaxes do baixo consumo de enerxía, a seguridade e a fiabilidade, un proceso sinxelo, a inspección automática, etc. A empresa fixo un gran avance na tecnoloxía de produción de hidróxeno mediante a reforma de gas natural (método SMR).
Adoptase a tecnoloxía de reforma de intercambio de calor e a capacidade de produción de hidróxeno dun só conxunto de equipos é de ata 30 000 Nm³/h. A presión máxima pode alcanzar os 3,0 MPa, o custo de investimento redúcese considerablemente e o consumo de enerxía de gas natural redúcese nun 33 %; En termos de tecnoloxía de purificación direccional de hidróxeno por adsorción por oscilación de presión (PSA), a empresa desenvolveu unha variedade de conxuntos completos de tecnoloxías de purificación de hidróxeno e a capacidade de produción de hidróxeno dun só conxunto de equipos é de 100 000 Nm³/h. A presión máxima é de 5,0 MPa. Ten as características de alto grao de automatización, funcionamento sinxelo, bo ambiente e longa vida útil. Foi amplamente utilizado no campo da separación de gases industriais.
Figura 1: Conxunto de equipos de produción de H2 de Ally Hi-Tech
Prestarase atención ao desenvolvemento e á promoción de produtos da serie de enerxía de hidróxeno.
Mentres leva a cabo a innovación tecnolóxica da produción de hidróxeno e o desenvolvemento de produtos, Ally Hi-Tech presta atención á expansión do desenvolvemento de produtos no campo das pilas de combustible de hidróxeno posteriores, promove activamente a I+D e a aplicación de catalizadores, adsorbentes, válvulas de control, equipos modulares de produción de hidróxeno pequeno e sistemas de subministración de enerxía para pilas de combustible de longa duración, e promove vigorosamente a tecnoloxía e os equipos da estación integrada de produción e hidroxenación de hidróxeno. En termos de promoción de produtos, a cualificación profesional de deseño de enxeñaría de Ally Hi-Tech é completa. Está comprometida a proporcionar produtos e servizos integrales de solucións enerxéticas de hidróxeno e a aplicación do produto no mercado promóvese rapidamente.
Fixéronse avances na aplicación de equipos de produción de hidróxeno.
Na actualidade, Ally Hi-Tech construíu máis de 620 conxuntos de equipos de produción e purificación de hidróxeno. Entre eles, Ally Hi-Tech promoveu máis de 300 conxuntos de equipos de produción de hidróxeno de metanol, máis de 100 conxuntos de equipos de produción de hidróxeno de gas natural e máis de 130 conxuntos de equipos de proxectos de PSA de gran tamaño, e levou a cabo unha serie de proxectos de produción de hidróxeno de temas nacionais.
Ally Hi-Tech colaborou con empresas recoñecidas tanto no país como no estranxeiro, como Sinopec, PetroChina, Zhongtai Chemical, Plug Power Inc. America, Air Liquid France, Linde Germany, Praxair America, Iwatani Japan, BP e outras. É un dos provedores de servizos de equipos completos co maior fornecedor no campo dos equipos de produción de hidróxeno de pequeno e mediano tamaño do mundo. Na actualidade, os equipos de produción de hidróxeno de Ally Hi-Tech exportáronse a 16 países e rexións como Estados Unidos, Xapón, Corea do Sur, India, Malaisia, Filipinas, Paquistán, Myanmar, Tailandia e Sudáfrica. En 2019, os equipos integrados de produción de hidróxeno de gas natural de terceira xeración de Ally Hi-Tech exportáronse a American Plug Power Inc., que foron deseñados e fabricados en plena conformidade cos estándares estadounidenses, creando un precedente para que os equipos de produción de hidróxeno de gas natural de China se exporten aos Estados Unidos.
Figura 2. Equipamento integrado de produción e hidroxenación de hidróxeno exportado por Ally Hi-Tech aos Estados Unidos
Construción do primeiro lote dunha estación integrada de produción e hidroxenación de hidróxeno.
En vista dos problemas prácticos das fontes inestables e os altos prezos do hidróxeno para a enerxía, Ally High-Tech comprométese a promover a aplicación dunha tecnoloxía de produción de hidróxeno altamente integrada e a utilizar o sistema de subministración de metanol maduro existente, a rede de gasodutos de gas natural e as estacións de servizo de GNC e GNL para reconstruír e ampliar a estación integrada de produción e repostaxe de hidróxeno. En setembro de 2021, púxose en funcionamento a primeira estación doméstica integrada de produción e hidroxenación de hidróxeno de gas natural baixo o contrato xeral de Ally Hi-Tech na estación de hidroxenación de gas Nanzhuang de Foshan.
A estación está deseñada cun conxunto de unidades de produción de hidróxeno por reforma de gas natural de 1000 kg/día e un conxunto de unidades de produción de hidróxeno por electrólise de auga de 100 kg/día, cunha capacidade de hidroxenación externa de 1000 kg/día. É unha estación de hidroxenación integrada típica de "produción de hidróxeno + compresión + almacenamento + recheo". Está á vangarda na aplicación de tecnoloxía de catalizador de cambio de temperatura amplo e copurificación direccional respectuosa co medio ambiente na industria, o que mellora a eficiencia da produción de hidróxeno nun 3 % e reduce eficazmente o consumo de enerxía da produción de hidróxeno. A estación ten unha alta integración, unha pequena superficie e equipos de produción de hidróxeno altamente integrados.
A produción de hidróxeno na estación reduce as conexións de transporte de hidróxeno e o custo do seu almacenamento e transporte, o que reduce directamente o custo do consumo de hidróxeno. A estación reservou unha interface externa que pode encher remolques de tubos longos e servir como estación matriz para proporcionar fonte de hidróxeno ás estacións de hidroxenación circundantes, formando unha estación integrada secundaria de hidroxenación rexional. Ademais, esta estación integrada de produción e hidroxenación de hidróxeno tamén se pode reconstruír e ampliar en función do sistema de distribución de metanol existente, a rede de gasodutos de gas natural e outras instalacións, así como das gasolineiras e das estacións de servizo de GNC e GNL, o que é doado de promover e implementar.
Figura 3 Estación integrada de produción e hidroxenación de hidróxeno en Nanzhuang, Foshan, Guangdong
Lidera activamente a innovación, a promoción e a aplicación da industria, así como os intercambios e a cooperación internacionais.
Como empresa clave de alta tecnoloxía do Programa Nacional Torch, empresa de demostración de novas economías na provincia de Sichuan e nova empresa especializada e especial na provincia de Sichuan, Ally Hi-Tech lidera activamente a innovación da industria e promove os intercambios e a cooperación internacionais. Desde 2005, Ally Hi-Tech proporcionou sucesivamente tecnoloxía e equipos de produción de hidróxeno nos principais proxectos nacionais de pilas de combustible 863: a estación de repostaxe de hidróxeno Anting de Shanghai, a estación de repostaxe de hidróxeno dos Xogos Olímpicos de Pequín e a estación de repostaxe de hidróxeno da Exposición Mundial de Shanghai, e proporcionou altos estándares a todos os proxectos de estacións de produción de hidróxeno do centro de lanzamento espacial da China.
Como membro do Comité Nacional de Normalización da Enerxía do Hidróxeno, Ally Hi-Tech participou activamente na construción dun sistema de estándares de enerxía do hidróxeno no país e no estranxeiro, liderou a redacción dun estándar nacional de enerxía do hidróxeno e participou na formulación de sete estándares nacionais e un estándar internacional. Ao mesmo tempo, Ally Hi-Tech promoveu activamente os intercambios e a cooperación internacionais, estableceu Chengchuan Technology Co., Ltd. no Xapón, desenvolveu unha nova xeración de tecnoloxía de produción de hidróxeno, tecnoloxía de coxeración SOFC e produtos relacionados, e levou a cabo cooperación con empresas dos Estados Unidos, Alemaña e Xapón nos campos da nova tecnoloxía de produción de hidróxeno por electrólise da auga e a tecnoloxía de amoníaco sintético a pequena escala. Con 45 patentes de China, Estados Unidos e a Unión Europea, Ally Hi-Tech é unha empresa típica baseada na tecnoloxía e orientada á exportación.
Suxestión de política
Segundo a análise anterior, baseándose na innovación da tecnoloxía de produción de hidróxeno, Ally Hi-Tech fixo avances no desenvolvemento de equipos de produción de hidróxeno, na promoción e aplicación de equipos de produción de hidróxeno, na construción e funcionamento de estacións integradas de produción e repostaxe de hidróxeno, o que é de grande importancia para a innovación tecnolóxica independente da China en materia de enerxía de hidróxeno e para reducir o custo do consumo de enerxía de hidróxeno. Co fin de garantir e mellorar o subministro de enerxía de hidróxeno, acelerar a construción dunha rede de subministro de enerxía de hidróxeno segura, estable e eficiente e construír un sistema de produción de hidróxeno diversificado, limpo, baixo en carbono e de baixo custo, China necesita fortalecer a innovación tecnolóxica de produción de hidróxeno e o desenvolvemento de produtos, romper as restricións das políticas e regulamentos e fomentar que se proben primeiro novos equipos e modelos con potencial de mercado. Ao mellorar aínda máis as políticas de apoio e optimizar o ambiente industrial, axudaremos á industria da enerxía de hidróxeno de China a desenvolverse con alta calidade e apoiaremos firmemente a transformación verde da enerxía.
Mellorar o sistema de políticas da industria da enerxía do hidróxeno.
Na actualidade, publicáronse as "políticas de posicionamento estratéxico e apoio á industria da enerxía do hidróxeno", pero non se especificou a dirección de desenvolvemento específica desta industria. Para superar os obstáculos institucionais e os estrangulamentos políticos do desenvolvemento industrial, China necesita fortalecer a innovación política, formular normas perfectas de xestión da enerxía do hidróxeno, clarificar os procesos de xestión e as institucións de xestión da preparación, almacenamento, transporte e recheo, e implementar as responsabilidades do departamento responsable da supervisión da seguridade. Adherirse ao modelo de aplicación de demostración que impulsa o desenvolvemento industrial e promover de forma integral o desenvolvemento de demostración diversificado da enerxía do hidróxeno no transporte, o almacenamento de enerxía, a enerxía distribuída, etc.
Construír un sistema de subministración de enerxía de hidróxeno segundo as condicións locais.
Os gobernos locais deberían considerar exhaustivamente a capacidade de subministración de enerxía de hidróxeno, a base industrial e o espazo de mercado na rexión, baseándose nas vantaxes dos recursos existentes e potenciais, seleccionar métodos de produción de hidróxeno axeitados segundo as condicións locais, levar a cabo a construción de capacidade de garantía de subministración de enerxía de hidróxeno, dar prioridade ao uso de hidróxeno de subprodutos industriais e centrarse no desenvolvemento da produción de hidróxeno a partir de enerxías renovables. Animar as rexións cualificadas a cooperar a través de múltiples canles para construír un sistema local de subministración de enerxía de hidróxeno baixo en carbono, seguro, estable e económico para satisfacer a demanda de subministración de fontes de hidróxeno a grande escala.
Aumentar a innovación tecnolóxica dos equipos de produción de hidróxeno.
Centrarse en promover a I+D, a fabricación e a aplicación industrial de equipos clave para a purificación e produción de hidróxeno, e construír un sistema tecnolóxico de desenvolvemento de alta calidade para produtos de equipos de enerxía de hidróxeno baseándose en empresas vantaxosas na cadea industrial. Apoiar ás empresas líderes no campo da produción de hidróxeno para que tomen a iniciativa, establecer plataformas de innovación como centros de innovación industrial, centros de investigación de enxeñaría, centros de innovación tecnolóxica e centros de innovación de fabricación, abordar os problemas clave dos equipos de produción de hidróxeno, apoiar ás pequenas e medianas empresas "especializadas e novas" para que participen na investigación e desenvolvemento de tecnoloxías comúns de equipos de produción de hidróxeno e cultivar unha serie de empresas campioas individuais con forte capacidade independente de tecnoloxía central.
Fortalecer o apoio político ás estacións integradas de produción e hidroxenación de hidróxeno.
O Plan sinala que para explorar novos modelos como as estacións de hidróxeno que integren a produción, o almacenamento e a hidroxenación de hidróxeno na estación, necesitamos romper as restricións políticas sobre a construción de estacións integradas desde a raíz. Introducir a lei nacional de enerxía canto antes para determinar o atributo enerxético do hidróxeno desde o nivel superior. Romper as restricións sobre a construción de estacións integradas, promover as estacións integradas de produción e hidroxenación de hidróxeno e levar a cabo demostracións piloto da construción e funcionamento de estacións integradas en zonas economicamente desenvolvidas con ricos recursos de gas natural. Proporcionar subvencións financeiras para a construción e funcionamento de estacións integradas que cumpran os requisitos da economía de prezos e os estándares de emisións de carbono, apoiar ás empresas líderes relevantes para solicitar empresas nacionais "especializadas e especiais novas" e mellorar as especificacións técnicas e os estándares de seguridade das estacións integradas de produción e hidroxenación de hidróxeno.
Levar a cabo activamente demostracións e promocións de novos modelos de negocio.
Fomentar a innovación no modelo de negocio en forma de produción integrada de hidróxeno en estacións, estacións de subministración de enerxía completas para petróleo, hidróxeno e electricidade, e operación coordinada de "hidróxeno, vehículos e estacións". En zonas cun gran número de vehículos de pila de combustible e alta presión sobre o subministro de hidróxeno, exploraremos estacións integradas para a produción e hidroxenación de hidróxeno a partir de gas natural e fomentaremos zonas con prezos razoables do gas natural e a operación de demostración de vehículos de pila de combustible. En zonas con abundantes recursos eólicos e hidroeléctricos e escenarios de aplicación de enerxía de hidróxeno, construíremos estacións integradas de produción e hidroxenación de hidróxeno con enerxía renovable, ampliaremos gradualmente a escala de demostración, formaremos experiencias replicables e popularizadas e aceleraremos a redución de carbono e custos do hidróxeno enerxético.
(Autor: equipo de investigación da industria futura do Centro de Consultoría de Información Yiwei Zhiyuan de Pequín)
Data de publicación: 29 de setembro de 2022
